مدلسازی رفتار خزشی در آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم- مس- نیکل- منیزیم در دماها و سطوح تنشی مختلف

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان

چکیده

در این مقاله، رفتار خزشی آلیاژ آلومینیوم- سیلیسیوم- مس- نیکل- منیزیم، که در ساخت قطعه پیستون در موتور خودرو کاربرد دارد، در دماها و تنش‌های مختلف، مدلسازی شد. برای این منظور، آزمون خزش بر روی نمونه‌های استاندارد ریخته‌گری شده، تحت نیروی کشش ثابت و دمای ثابت، اجرا گردید. دماها در آزمون خزش برابر با 250، 275 و 300 درجه سانتی‌گراد و سطوح تنشی نیز، برابر با 75، 100 و 125 مگاپاسکال در نظر گرفته شد. تحلیل داده‌های تجربی نشان داد که در یک سطح تنش ثابت، با افزایش دما، کمینه نرخ کرنش خزشی، افزایش یافته و کرنش شکست خزشی، کاهش می‌یابد اما در یک دمای ثابت، با افزایش سطوح تنشی، هر دو مقدار فوق، افزایش می‌یابد. براساس نتایج مدلسازی، قانون توانی وابسته به دما، با کمترین خطای نسبی و کوچکترین محدوده پراکندگی، بهترین مدل رفتار ماده بر پایه نرخ کرنش خزشی، معرفی گردید. مدل بیلی- نورتن نیز، در بین مدل‌های رفتار ماده بر پایه کرنش خزشی، نتایج بهتری را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Azadi M, Safarloo S, Loghman F, Rasouli R (2018) Microstructural and thermal properties of piston aluminum alloy reinforced by nano-particles. AIP Conf Proc 1920: 020027.

[2] Azadi M, Zolfaghari M, Rezanezhad S, Azadi M (2018) Preparation of various aluminum matrix composites reinforcing by nanoparticles with different dispersion methods. Proc. Iran Int Aluminum Conf.

[3] Azadi M, Zolfaghari M, Rezanezhad S, Azadi M (2018) Effects of SiO2 nano-particles on tribological and mechanical properties of aluminum matrix composites by different dispersion methods. Appl Phys A 124(5): 377.

[4] Ishikawa K, Okuda H, Kobayashi Y (1997) Creep behaviors of highly pure aluminum at lower temperatures. Mater Sci Eng A 234-236: 154-156.

[5] Jahromi SAJ (2002) Creep behavior of spray-cast 7XXX aluminum alloy. Mater Des 23: 169-172.

[6] Ishikawa K, Kobayashi Y (2004) Creep and rupture behavior of a commercial aluminum-magnesiumalloy A5083 at constant applied stress. Mater Sci Eng A 387-389: 613-617.

[7] Dobes F, Milicka K (2004) Comparison of thermally activated overcoming of barriers in creep of aluminum and its solid solutions. Mater Sci Eng A 387-389: 595-598.

[8] Srivastava V, Williams JP, McNee KR, Greenwood GW, Jones H (2004) Low stress creep behavior of 7075 high strength aluminum alloy. Mater Sci Eng A 382: 50-56.

[9] Lina J, Kowalewskib ZL, Caoa J (2005) Creep rupture of copper and aluminum alloy under combinedLoadings-experiments and their various descriptions. Int J Mech Sci 47:1038-1058.

[10] Requena G, Degischer HP (2006) Creep behavior of unreinforced and short fiberreinforced AlSi12CuMgNi piston alloy. Mater. Sci. Eng. A 420: 265-275.

[11] Couteau O, Dunand DC (2008) Creep of aluminum syntactic foams. Mater Sci Eng A 488: 573-579.

[12] Diologent F, Goodall R, Mortensen A  (2009)  Creep of aluminum syntactic foams. Acta Mater 57: 830-837.

[13] Jeong CY (2012)Effect of alloying elements on high temperature mechanical properties for piston alloy. Mater Trans 53: 234-239.

[14] Li LT, Lin YC, Zhou HM, Jiang YQ (2013) Modeling the high-temperature creep behaviors of 7075 and 2124aluminum alloys by continuum damage mechanics model. Comput Mater Sci 73: 72-78.

[15]  Yuana J, Wanga Q,  Yina D,  Wanga  H, Chena C, Yea B (2013)  Creep behavior of  Mg-9Gd-1Y-0.5Zr (wt.%) alloy piston bysqueeze casting. Mater Charact 78: 37-46.

[16] Maximov JT, Duncheva GV, Anchev AP, Ichkova MD (2014)  Modeling of strain hardening and creep behavior of 2024T3 aluminumalloy at room and high temperatures. Comput Mater Sci 83: 381-393.

[17] Fernandez-Gutierrez R, Requena GC (2014) The effect of spheroidization heat treatment on the creep resistance of a cast AlSi12CuMgNi piston alloy.  Mater Sci Eng A 598: 147-153.

[18] Spigarelli S, Sandstrom R (2018) Basic creep modelling of aluminum. Mater. Sci. Eng. A 711: 343-349.

[19] ASTM-E13911 (2012) Standard test methods for conducting creep, creep-rupture and stress-rupture tests of metallic materials. ASTM Int.

[20] Azadi M, Azadi M (2017) Evaluation of high- temperature creep behavior in Inconel-713C nickel-based superalloy considering effects of stress levels. Mater Sci Eng A 689: 298-305.

[21] Shi D, Dong C, Yang X, Sun Y, Wang J, Liu J (2013) Creep and fatigue lifetime analysis of directionally solidified superalloy and its brazed joints based on continuum damage mechanics at elevated temperature. Mater Des 45: 643-652.

[22] Seruga D, Fajdiga M, Nagode M (2011) Creep damage calculation for thermo-mechanical fatigue. J Mech Eng 57(5): 371-378.

[23] Donchie MJ, Donchie SJ (2002) Superalloys: A technical guide. ASM Int.

[24] Dieter GE (1998) Mechanical metallurgy. Mc-Graw Hill Book Company.

[25] Eftekhari M, Fatemi A (2016)  Creep behavior and modeling of neat, talc-filled, and short glass fiber reinforced thermoplastics. Compos Part B 97: 68-83.

[26] Monkman CF, Grant NJ (1956) An empirical relationship between rupture life and minimum creep rate in creep-rupture tests. ASTM Proc 56: 593-620.

[27] Dobes F, Milicka K (1976) The relation between minimum creep rate and time to fracture. Met Sci 10: 382-384.

[28] Creep and Swelling, Help of ABAQUS Software.

[29] Du Y, Yan N, Kortschot MT (2013) An experimental study of creep behavior of light weight natural fiber - reinforced polymer composite /honeycomb core sandwich panels. Compos  Struct 106: 160-116.

[30] Findley WN (1960) Mechanism and mechanics of creep of plastics. Division of Engineering, Brown University.

[31] Hadid M, Rechak S, Tati A (2004)  Long-term bending creep behavior prediction of injection molded composite using stress-time correspondence principle. Mater Sci Eng A 385(1-2): 8-54.

[32] Zhao Y, Gong J, Yong J, Wang X, Shen L, Li Q (2016) Creep behaviors of Cr25Ni35Nb and Cr35Ni45N alloys predicted by modified theta method Mater Sci Eng A 649: 1-8.

[33] Chaboche JL (1988) Continuum damage mechanics: Part I: General concepts. J Appl Mech 55: 59-64.

[34] Bahmanabadi H, Rezanezhad S, Azadi M, Azadi M  (2018) Characterization of creep damage and lifetime in Inconel-713C nickel-based superalloy by stress-based, strain/strain rate-based and continuum damage mechanics models. Mater Res Express 5: 026509.

[35] Yu SB, Kim MS (2016) Microstructure and high temperature deformation of extruded Al-12Si-3Cu-based alloy. Metals 6: 32.

[36] Abe F (2014) Development of creep-resistant steels and alloys for use in power plants. Structural Alloys for Power Plants. Chapter 9, Woodhead Publishing Series in Energy.