1100-H14 ALÜMİNYUM ALAŞIMININ DÜZLEMSEL EĞME GERİLMELİ YORULMA DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Bu çalışmada, 1100-H14 alüminyum alaşımı plakaların yüksek çevrimdeki yorulma davranışları incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, oda sıcaklığında haddeleme doğrultusunun çekme ve düzlemsel eğilmeli yorulma özelliklerine etkisini incelemektir. Bunun için özel olarak ankastre tip düzlemsel-eğme yapan test makinesi tasarlandı ve imal edildi. Yorulma testleri için, alüminyum plakalar haddeleme yönüne paralel ve dik olarak iki farklı yönde kesildiler. Farklı sehim genlikleri kullanılarak sehim-kontrollü ve tam değişken yüklemeli (R=-1) yorulma testi uygulanmıştır. Testlere 107 yük tekrar sayısına kadar devam edilerek alüminyum plakalar için S-Neğrileri elde edildi. Numunelerin mekanik özelliklerinin tespiti için yorulma testlerinin yanı sıra çekme testleri de gerçekleştirildi. Çalışma sonunda, çekme ve akma mukavemetinin oda sıcaklığında haddeleme yönünden ortalama %2 etkilendiği görülmüştür. Ancak haddeleme yönünün yorulma mukavemetine etkisi düşük çevrimli bölgede %30’dan daha büyük iken, yüksek çevrimli yorulma bölgesinde sıfıra kadar inmiştir. Özellikle yüksek çevrimli yorulma (YÇY, ≈107) bölgedeki yorulma testleri sonucunda, farklı tekstür yapısına sahip numunelerde yorulma izlerinin azalması, mikro-yapının benzerliği ve istikrarlı çatlak büyümesi haddeleme yönünün yorulmamukavemetini etkilememesinin bir kanıtıdır. Sonuçlara göre, 1100-H14 alüminyumun düşük çevrimli bölgede ve yüksek yorulma mukavemeti gerektirmeyen tasarımlarda kullanılması tavsiye edilir. Ayrıca pratik uygulamalarda tasarımcıya yardımcı olmak için çekme ve yorulma mukavemetleri arasındaki ilişkiyi gösteren ampirik formüller verilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

1100-H14 alüminyum alaşımı, düzlemsel-eğme yorulması, sehim kontrollü, düşük çevrimli yorulma (DÇY), yüksek çevrimli yorulma (YÇY), haddeleme yönü, S- N eğrileri.

INVESTIGATION OF PLANE-BENDING FATIGUE BEHAVIOR OF 1100-H14 ALUMINUM ALLOY

In this study, the high-cycle fatigue behavior of aluminum 1100-H14 alloy has been investigated. The main purpose of this study is the investigation of the effects of the rolling direction on tensile and plane-bending fatigue properties at room temperature. A cantilever plane-bending test machine was specially designed and manufactured for this purpose. Aluminum plates were cut in longitudinal and transverse orientations to the rolling direction. The fatigue tests using different deflection amplitudes were conducted under deflection-control and fully-reversed loading (R=-1). Tests were continued up to 107cycles to obtain S-N curves for aluminum alloy plates. Besides the fatigue tests, in addition tensile tests were performed to determine the mechanicalproperties of the specimens. As a result, it was observed that tensile strength and yield strength are affected by rolling direction in 2% of average at the room temperature. However, the effect of rolling direction on fatigue strength is greater than 30% in low-cycle region, while decreased nearly zero in high-cycle fatigue region. With respect to the results of the fatigue tests in high-cycle region (HCF, ≈107), the reduction of fatigue traces, similarity of the micro-structure and stable growth direction of the samples of the different texture structures show that the fatigue strength does not affected by the rolling direction. According to results, 1100-H14 aluminum is recommended for use in low cycle region and designs in which are not required to have highfatigue strength. Also, to help the designers of the practical applications, empirical formulas were given between the tensile and fatigue strengths.

Keywords:

1100-H14 aluminum alloy, plane-bending fatigue, deflection-controlled, low-cycle fatigue (LCF), high-cycle fatigue (HCF), rolling orientation, S-N curves,

PDF

___

Sadeler, R., Totik, Y., Gavgalı, M., Kaymaz, I.,
“Improvements of fatigue behaviour in 2014 Al
alloy by solution heat treating and agehardening”,
Materials and Design, Vol. 25, 439-
, 2004.
Smith, W.F., Malzeme Bilimi ve Mühendisliği,
Çev: Kınıkoğlu, N.G., Literatür Yayınları,
İstanbul, 2001.
ASM Handbook, ASM International Handbook
Committee, Properties and Selection:
Nonferrous Alloys and Special-Purpose
Materials, The Materials Information Company,
A.B.D., Vol. 2, 2005.
Değer, M., “Perlitik-Ferlitik ve Küresel
Grafitli Dökme Demirlerin Yorulma Dayanımı
Üzerine Mikro Yapı ve Yüzey İşlemlerinin
Etkisi’’, Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen
Bilimleri Enstitüsü, 1995.
Sakin, R., “Bilgisayar Destekli, Çok Numuneli
Eğilme Yorulması Test Cihazı Tasarımı ve
Cam-Fiber Takviyeli Polyester Kompozitlerde
Eğilme Yorulması davranışının incelenmesi”,
Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen
Bilimleri Enstitüsü, 2004.
Srivatsan, T.S., “Mechanisms governing cyclic
deformation and failure during elevated
temperature fatigue of aluminum alloy 7055,
International Journal of Fatigue, Vol. 21, 557-
, 1999.
Srivatsan, T.S., Anand, S., Sriram, S.,
Vasudevan, V.K., “The high-cycle fatigue and
farcture behavior of aluminum alloy 7055”,
Materials Science and Engineering, Vol. A281,
-304, 2000.
Srivatsan, T.S., Kolar, D., Magnusen, P., “The
cyclic fatigue and final fracture behavior of
aluminum alloy 2524”, Materials and Desing,
Vol. 23, 129-139, 2002.
George, T.J., Seidt, J., Shen, M.H., Nicholas, T.,
Cross, C.J., “Development of a novel vibration –
based fatigue testing methodology”,
International Journal of Fatigue, Vol. 26, 477-
, 2004.
Sutherland, H.J., “On the Fatigue Analysis of
Wind Turbines”, Sandia National Laboratories,
Albuquerque, New Mexico, A.B.D., 1999.
Ünal, E., “Cam Elyaflı Kompozit Malzemelerin
Atmosferik Ortamda ve Deniz Ortamında
Yorulma Simülasyonu”, Y. Lisans Tezi, Ege
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006.
Mallick, P.K., “Composites Engineering
Handbook”, Marcel Dekker, 1997.
Kazdal Zeytin, H., Bilal, T., Arısoy, O.,
“Alüminyum Alaşımları, Otomotiv
Endüstrisinde Uygulamaları ve Geleceği”,
Tübitak Marmara Araştırma Merkezi, Proje No:
H5602, Gebze, 2000.
TS EN 485-2, “Alüminyum ve alüminyum
alaşımlarının mekanik özellikleri”, Türk
Standartları Enstitüsü, 2005.
Er, M., “Yüksek Frekanslı, Genlik Ayarlı
Eğilme Yorulması Test Cihazı Tasarımı ve
-H14 Alüminyum Levhasının Eğilme
Yorulması Davranışının İncelenmesi”, Yüksek
Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü, 2005.
Kumru, N., “Etial-141, 145 ve 160 Tipi
Döküm Alüminyum ile Plaka Tipi
Alüminyum Malzemeler için Yorulma
Makinesi Tasarımı ve Eğilmeli Yorulma
Davranışlarının İncelenmesi”, Doktora Tezi,
Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü, 2007.
Ay, İ., Sakin, R., “Balıkesir ilinde
Alüminyum’dan Üretilen Eksenel Fan
Kanatlarının Kompozit (CTP) Malzemeden
Yapılması ve Mekanik Özelliklerin
İncelenmesi”, Balıkesir Üniversitesi Bilimsel
Araştırma Projesi, BAP 2002/14, Balıkesir, 2006.
Paepegem, W.V., Degrieck, J., “Experimental
set-up for and numerical modeling of bending
fatigue experiments on plain woven glass/epoxy
composites”, Composite Structures, Vol. 51, No
, 1-8, 2001.
ASM Handbook, ASM International Handbook
Committee, Cilt 8, Mechanical Testing and
Evaluation, the Materials Information Company,
A.B.D., 2000.
Kayalı, E.S., Ensari, C., Dikeç, E., “Metalik
malzemelerin mekanik deneyleri”,
İ.T.Ü.Yayınları, İstanbul, 1983.
Eryürek, İ.B., “Hasar analizi”, Birsen Yayınevi,
İstanbul, 75-79, 117, 1993.
Glancey, C. D.; Stephens, R. R. “Fatigue crack
growth and life predictions under variable amplitude loading for a cast and wrought
aluminum alloy” International Journal of
Fatigue, Vol.28, 53-60, 2006.
E. Donnelly, D. Nelson, “A study of small crack
growth in aluminum alloy 7075-T”,
International Journal of Fatigue, Vol.24,
–1189, 2002.
T. Hassan, Z. Liu, “On the difference of fatigue
strengths from rotating bending, four-point
bending, and cantilever bending tests”,
International Journal of Pressure Vessels and
Piping, Vol. 78, 9-30, 2001.
Markl ARC. “Fatigue tests of piping
components”, Trans ASME 1952,74:287-303.
S. Yip (ed.), “Handbook of Materials
Modeling”, Springer, Netherlands, 1193, 2005.
Berg, D.E., Klimas, P.C., “Fatigue
characterization of a wavt blade material”,
Proceedings of the Eigth ASME Wind Energy
Symposium, 19-23, New Mexico, 1989.
Hael Mughrabi, Heinz Werner Höppel, “Cyclic
deformation and fatigue properties of very finegrained
metals and alloys”, International
Journal of Fatigue, Article in Press, Corrected
Proof, 2009
Cemil Hakan Gür, Jiansheng Pan, “Handbook of
Thermal Process Modeling of Steels”, Taylor &
Francis Group, U.S.A, Page.173, 2009.
Muhammad Afzaal Malik, Iftikhar us Salam,
Wali Muhammad, Noveed Ejaz, ”Effect of
Microstructural Anisotropy on Mechanical
Behavior of a High-Strength Al–Mg–Si Alloy”,
Journal of Failure Analysis and Prevention,
Vol. 9, No.2, 114-121, 2009.
Yuri Estrin, Alexei Vinogradov, “Fatigue
behaviour of light alloys with ultrafine grain
structure produced by severe plastic deformation:
An overview”, International Journal of
Fatigue, Vol. 32, No.6, 898-907, 2010.
Teng-Shih Shih, Quin-Yang Chung, “Fatigue of
as-extruded 7005 aluminum alloy”, Materials
Science and Engineering A, Vol. 348, No.1-2,
-344, 2003.