بررسی تجربی و عددی تأثیر فرایند ساچمه‌زنی شدید بر افزایش عمر خستگی آلومینیوم ۳۵۶A

Abstract

بسیاری از قطعات مکانیکی در عمل تحت بارگذاری خستگی قرار دارند و بسیاری از شکست‌ها و از کار افتادگی‌های مکانیکی نیز بر اثر این نوع بارگذاری است. زمانی‌که یک چرخه‌ی بارگذاری خاص در دوره‌های زمانی متوالی تکرار می‌شود پدیده‌ی خستگی و عمر خستگی مطرح می‌شود. این پدیده به شکست قطعات در تنشی کمتر از تنش تسلیم ماده منجر می‌شود. امروزه، برای افزایش عمر خستگی روش‌های بسیاری پیشنهاد شده است. بسیاری از این روش‌ها با ایجاد سازوکار تولید تنش پسماند فشاری عمر خستگی نمونه را افزایش می‌دهند. تنش پسماند فشاری در سطح نمونه باعث بستن ریزترک‌ها، به تأخیر انداختن ایجاد ترک، و کاهش نرخ رشد ترک می‌شود. فرایند ساچمه‌زنی یکی از رایج‌ترین عملیات سطحی به‌منظور ایجاد تنش پسماند فشاری و در نتیجه افزایش عمر خستگی قطعات فلزی است. در این نوشتار، اثر فرایند ساچمه‌زنی به‌صورت تجربی و عددی روی آلومینیم آلیاژی ۰٫۳g۷A‌l‌S‌i یا ۳۵۶٫۰A بررسی شده است. این آلیاژ در مواردی کاربرد دارد که استحکام بالا، جوش‌پذیری خوب، قابلیت ریخته‌گری بالا به‌خصوص در قالب‌های دقیق و دائمی، و مقاومت زیاد به‌خوردگی نیاز است. صنعت خودروسازی، صنایع نظامی، و صنایع هوافضا بزرگترین مصرف‌کنندگان این نوع آلیاژ به شمار می‌آیند. در این پژوهش، عمر رشد ترک خستگی و منحنی‌های S-N برای نمونه‌های ساچمه‌زنی‌شده و نشده به‌صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. تطابق بسیار خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی به‌دست آمده است. نتایج نشان می‌دهد که در خستگی پرچرخه، عمر نمونه‌های ساچمه‌زنی‌شده تا سه برابر نسبت به نمونه‌های خام افزایش یافته است. در حالی‌که، در خستگی کم‌چرخه میزان این تأثیر بسیار کم‌تر بوده است.