Küresel grafitli dökme demir malzemesinde östemperleme işleminin mekanik dayanım ve yorulma çatlak ilerleme davranışına etkisinin araştırılması

Bu çalışmada östemperleme işleminin küresel grafitli dökme demirin mekanik ve yorulma dayanımına etkisiaraştırılmıştır. Bu amaçla perlitik yapıdaki malzemeye farklı östemperleme sıcaklıklarında ve sürelerinde ısılişlem uygulanmıştır. Östemperleme işleminin, yorulma dayanımı üzerindeki etkisini tespit etmek adınayorulma çatlak ilerleme testleri yapılmıştır. Testlerde M(T) yorulma numuneleri kullanılmış olup, çatlakbüyüme oranları deneysel olarak tespit edilmiştir. Ayrıca östemperleme işleminin, eşik gerilme şiddetifaktörü (Kth) ve yorulma ömrü üzerine etkisi araştırılmıştır. Uygulanan ısıl işlemlerle birlikte malzemenin akma ve çekme dayanımının östemperleme sıcaklığının artmasıyla birlikte azaldığı, yüzde uzama miktarınınise malzeme içerisindeki kalıntı östenit miktarının artmasıyla birlikte arttırdığı görülmüştür. Bu durum nihaihasar oluşumu için gerekli olan kayma bantlarının oluşumu geciktirmiş ve Kth değerini arttırmıştır. Artan östemperleme sıcaklığıyla birlikte, malzemenin tokluğu artmış ve çatlak ilerleme oranı düşmüştür.Östemperleme süresi, malzemenin yorulma dayanımını belli bir miktar değiştirse de, östemperleme sıcaklığına oranla bu değişimin çok küçük olduğu görülmüştür

Investigation of effect of austempering process on mechanical strength and fatigue crack growth behaviour of ductile iron material

In this study, the effect of austempering treatment on the mechanical and fatigue strength of spheroidal graphite cast iron was investigated. For this purpose, material in pearlitic structure were heat treated atdifferent austempering temperatures and times. In order to determine the effect of the austempering processon fatigue strength, fatigue crack propagation tests were applied. M(T) fatigue samples were used in the testsand crack growth rates were determined experimentally. In addition, the effect of the austempering processon the threshold stress intensity factor (Kth) and fatigue life was investigated. With the applied heat treatment,the yield and tensile strength of the material decreased with increasing the austempering temperature and theelongation increased with the increase of the amount of residual austenite in the material. In addition, the formation of the shear bands required for ultimate damage formation delayed and increased the Kth value. Along with the increased austempering temperature, the toughness of the material has increased and thecrack propagation rate has decreased. Although the time of the austempering changes the fatigue strength ofthe material by a certain amount, this change is found to be very small compared to the austemperingtemperature

PDF

___

1. Toktaş G., Toktaş A., Gülsün K., Effect of matrix structure and boring time on the wear behaviour of CuNi-Mo alloyed ductile iron, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (2), 449-457, 2017.
2. Zhang J., Song Q., Zhang N., Lu L., Zhang M., Very high cycle fatigue property of high-strength austempered ductile iron at conventional and ultrasonic frequency loading, International Journal of Fatigue, 70, 235-240, 2015.
3. Wang B., He M., Barber G. C., Schall J. D., Tao C., Sun X., Rolling contact fatigue resistance of austempered ductile iron processed at various austempering holding times, Wear, 398, 41-46, 2018.
4. Kumar K., Hariharan P., Venkateshvaran P., Tamilarasan S., Examination of microstructure and mechanical properties of austempered ductile iron (ADI) as per austempering temperature and time, Transactions of the Indian Institute of metals, 68, 67-71, 2015.
5. Bahmani M., Elliott R., Varahram N., The relationship between fatigue strength and microstructure in an austempered Cu-Ni-Mn-Mo alloyed ductile iron, Journal of Materials Science, 32 (20), 5383-5388, 1997.
6. Yang J., Patatunda S. K., Effect of microstructure on abrasion wear behavior of austempered ductile cast iron processed by a novel two-step austempering process, Materials Science and Engineering A, 406, 217-228, 2005.
7. Rebasa N., Dommarco R., Sikora J., Wear resistance of high nodule count ductile iron,Wear, 253 (7), 855-861, 2002.
8. Darwish N., Elliott R., Austempering of low manganese ductile irons, Mater. Sci. Technol., 9 (7), 572-585, 1993.
9. Aslantaş K., Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirden imal edilen düz dişlilerde yüzey yorulma hasarlarının analizi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2003.
10. Aslantaş K., Taşgetiren S., Modelling of spall formation in a plate made of austempered ductile iron having a subsurface-edge crack, Computational Materials Science, 29 (1), 29-36, 2004.
11. ASTM Standarts, Standart test method for measurements of fatigue crack growth rates, Annual Book of ASTM Standarts, 2001.
12. Stokes B., Gao N., Reed P.A.S., Lee K.K., Effects of carbides on fatigue characteristics of austempered ductile iron, Metallurgical and Materials Transactions A, 36 (4), 977-988, 2005. Yumak ve Aslantaş / Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 33:1 (2018) 199-209 209
13. Wang B., Barber G., Sun X., Shaw M., Seaton P., Characteristics of the Transformation of Retained Austenite in Tempered Austempered Ductile Iron, Journal of Materials Engineering and Performance, 26 (5), 2095-2101, 2017.
14. Shanmugam P., Rao P.P., Udupa K. R., Effect of microstructure on the fatigue strength of an austempered ductile iron, J. Mater. Sci., 29 (18), 4933-4940, 1994.
15. James M., Fatigue crack growthin austempered ductile and grey cast irons-stress ratio affects in air and mine water, Material Science and Engineering A, 265, 129- 139, 1999.
16. Putatunda S. K., Influence of austempering temperature on fracture toughness of a low manganese Austempered Ductile Iron (ADI), Mater. Manuf. Processes, 16 (2), 245-263, 2001.