Розробка механічних і втомних властивостей AA7001 після комбінованого дробеструйного очищення з глибокою кріогенною обробкою та ультразвукової ударної обробки з глибокою кріогенною обробкою

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243391

Ключові слова:

AA7001, глибока кріогенна обробка, ультразвукова дія, дробеструминна обробка, розтягувальні та втомні властивості

Анотація

Сплави алюмінію давно становлять інтерес для аерокосмічної спільноти через їхню питому міцність, простоту виготовлення та низьку вартість. В останні роки, зі швидким розвитком озброєння, надвисокоміцні алюмінієві сплави 7XXX дедалі частіше використовуються у військових цілях. Хімічний аналіз AA 7001 проводиться за підтримки Державної компанії з проектування, реабілітації та інспекції (SIER) в Іраку. Зміцнення поверхні (дробеструминна обробка) допомагає уповільнити зародження тріщин і продовжити термін служби. Зразки для випробувань (на розтягування та втому) піддаються процесу дробеструминного очищення (ДО) з використанням кулькової сталі з параметрами (тиск=12 бар, швидкість=40 мм/хв, відстань=150 мм, розмір пострілу=2,25 мм, охоплення=100 %). Машина для ультразвукової ударної обробки (УУО) використовується для покращення властивостей поверхні. Для глибокої кріогенної обробки (ГКО) зразки поміщали в камеру, що охолоджує. Стандартний зразок для випробування на розтягування готується у круглому перерізі з розмірами, вибраними відповідно до ASTM (A370-11). Після вивчення ефекту глибокої кріогенної обробки (ГКО), комбінованого дробеструминного зміцнення (КДО + ДКО) та ультразвукового ударного зміцнення (УУО + ДКО) AA7001 були проведені розтягування та втома обертового вигину з R=-1. Максимальний відсоток покращення межі міцності на розрив (ММР) за рахунок (ДКО), (ДО + ГКО) та (УУО + ДКО) становив близько 3 %, 8,27 % та 6,25 % відповідно. Підвищення межі плинності через (ДКО), (ДО + ГКО) та (УУО + ДКО) склало 9,5 %, 14,6 % та 13,14 % відповідно. Пластичність послідовно знижувалася на 8,57 %, 12,5 % та 11,42 %. Підвищення міцності втоми в багатоцикловому режимі становить 16 % для (ДО + ГКО) через комбінованих ефектів, це збільшення на 8 % межі витривалості для втомних характеристик через індукування залишкової напруги стиснення (ЗНС)

Біографії авторів

Aseel A. Alhamdany, University of Technology

Assistant Professor, Doctor of Mechanical Engineering

Department of Electromechanical Engineering

Ali Yousuf Khenyab, Al-Salam University

Doctor of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Qusay K. Mohammed, University of Technology

Assistant Professor, Doctor of Mechanical Engineering

Department of Electromechanical Engineering

Hussain Jasim M. Alalkawi, Bilad Alrafidain University College

Professor, Doctor of Mechanical Engineering

Department of Aeronautical Engineering Techniques

Посилання

  1. Chen, P., Malone, T., Bond, R., Torres, P. (2000). Effects of cryogenic treatment on the residual stress and mechanical properties of an aerospace aluminum alloy. Available at: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20010067299/downloads/20010067299.pdf
  2. Gao, W., Wang, X., Chen, J., Ban, C., Cui, J., Lu, Z. (2019). Influence of Deep Cryogenic Treatment on Microstructure and Properties of 7A99 Ultra-High Strength Aluminum Alloy. Metals, 9 (6), 631. doi: https://doi.org/10.3390/met9060631
  3. Santecchia, E., Hamouda, A. M. S., Musharavati, F., Zalnezhad, E., Cabibbo, M., El Mehtedi, M., Spigarelli, S. (2016). A Review on Fatigue Life Prediction Methods for Metals. Advances in Materials Science and Engineering, 2016, 1–26. doi: https://doi.org/10.1155/2016/9573524
  4. Liu, Y., Lv, S.-L., Zhang, W. (2018). Shot Peening Numerical Simulation of Aircraft Aluminum Alloy Structure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 322, 032003. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/322/3/032003
  5. Malaki, M., Ding, H. (2015). A review of ultrasonic peening treatment. Materials & Design, 87, 1072–1086. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.08.102
  6. Zhirafar, S. (2005) Effect of cryogenic treatment on the mechanical properties of steel and aluminum alloys. Concordia University. Available at: https://spectrum.library.concordia.ca/8600/
  7. Lulay, K. E., Khan, K., Chaaya, D. (2002). The Effect of Cryogenic Treatments on 7075 Aluminum Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance, 11 (5), 479–480. doi: https://doi.org/10.1361/105994902770343683
  8. Hetram, L. S., Om, H., Hetram, L. S., Om, H. (2015). Shot Peening Effects on Material Properties: A Review. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1 (12), 480–484. Available at: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I12137.pdf
  9. Luong, H., Hill, M. R. (2010). The effects of laser peening and shot peening on high cycle fatigue in 7050-T7451 aluminum alloy. Materials Science and Engineering: A, 527 (3), 699–707. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.08.045
  10. Pavan, K. M., Sachin, L. S., Mayur, S., Chandrashekara, A., Ajaykumar, B. S. (2014). Effect Of Cryogenic Treatment On The Mechanical And Microstructural Properties Of Aluminium Alloys - A Brief Study. International Journal of Mechanical And Production Engineering, 2 (5), 95–99. Available at: http://www.iraj.in/journal/journal_file/journal_pdf/2-56-140048875695-99.pdf
  11. Sejzu, M., Govindaraj, R., Prabhakaran, R. (2016). Influence on mechanical properties by cryogenic treatment on aluminium alloy 7075. International Journal of Scientific & Engineering Research, 7 (4), 225–233. Available at: https://www.ijser.org/researchpaper/INFLUENCE-ON-MECHANICAL-PROPERTIES-BY-CRYOGENIC-TREATMENT-ON-ALUMINIUM-ALLOY-7075.pdf
  12. Khedekar, D., Gogte, C. L. (2018). Development of the cryogenic processing cycle for age hardenable AA7075 aluminium alloy and optimization of the process for surface quality using gray relational analysis. Materials Today: Proceedings, 5 (2), 4995–5003. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.12.077
  13. Li, C., Cheng, N., Chen, Z., Guo, N., Zeng, S. (2015). Deep-cryogenic-treatment-induced phase transformation in the Al-Zn-Mg-Cu alloy. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 22 (1), 68–77. doi: https://doi.org/10.1007/s12613-015-1045-7
  14. Desai, R. S., Joshi, A. G., Sunil Kumar, B. V. (2016). Study on influence of cryogenic treatment on mechanical properties of alsi10mg alloy. International Journal of Research in Engineering and Technology, 05 (33), 53–56. doi: https://doi.org/10.15623/ijret.2016.0533011
  15. Padmini, B. V., Sampathkumaran, P., Seetharamu, S., Naveen, G. J., Niranjan, H. B. (2019). Investigation on the wear behaviour of Aluminium alloys at cryogenic temperature and subjected to cryo -treatment. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 502, 012191. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/502/1/012191
  16. Cayless, R. B. C. (1990). Alloy and Temper Designation Systems for Aluminum and Aluminum Alloys. Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, 15–28. doi: https://doi.org/10.31399/asm.hb.v02.a0001058
  17. ASTM E466-07: Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials. ASTM International.
  18. Wrought aluminum-zinc-magnesium alloy 7001. SubsTech. Available at: https://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=wrought_aluminum-zinc-magnesium_alloy_7001
  19. Sonar, T., Lomte, S., Gogte, C. (2018). Cryogenic Treatment of Metal – A Review. Materials Today: Proceedings, 5 (11), 25219–25228. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.10.324
  20. Sachin, S. S. (2016). Cryogenic Hardening and Its Effects on Properties of an Aerospace Aluminium Alloy. International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology, 8 (1), 566–571. doi: https://doi.org/10.21172/1.81.074
  21. Wang, S., Li, Y., Yao, M., Wang, R. (1998). Compressive residual stress introduced by shot peening. Journal of Materials Processing Technology, 73 (1-3), 64–73. doi: https://doi.org/10.1016/s0924-0136(97)00213-6
  22. Bensely, A., Venkatesh, S., Mohan Lal, D., Nagarajan, G., Rajadurai, A., Junik, K. (2008). Effect of cryogenic treatment on distribution of residual stress in case carburized En 353 steel. Materials Science and Engineering: A, 479 (1-2), 229–235. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.07.035
  23. Basquin, H. O. (1910). The Exponential Law of Endurance Tests. American Society for Testing and Materials Proceedings, 10, 625–630.
  24. Kumar, D., Idapalapati, S., Wang, W., Narasimalu, S. (2019). Effect of Surface Mechanical Treatments on the Microstructure-Property-Performance of Engineering Alloys. Materials, 12 (16), 2503. doi: https://doi.org/10.3390/ma12162503
  25. Hall, E. O. (1951). The Deformation and Ageing of Mild Steel: III Discussion of Results. Proceedings of the Physical Society. Section B, 64 (9), 747–753. doi: https://doi.org/10.1088/0370-1301/64/9/303
  26. Hansen, N. (2004). Hall–Petch relation and boundary strengthening. Scripta Materialia, 51 (8), 801–806. doi: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.06.002
  27. Tange, A., Akutu, T., Takamura, N. (1991). Relation between shot-peening residual stress distributeon and fatigue crack propagation life in spring steel. Transactions of Japan Society of Spring Engineers, 1991 (36), 47–53. doi: https://doi.org/10.5346/trbane.1991.47
  28. Guagliano, M., Vergani, L. (2004). An approach for prediction of fatigue strength of shot peened components. Engineering Fracture Mechanics, 71 (4-6), 501–512. doi: https://doi.org/10.1016/s0013-7944(03)00017-1
  29. Azhari, A., Schindler, C., Godard, C., Gibmeier, J., Kerscher, E. (2016). Effect of multiple passes treatment in waterjet peening on fatigue performance. Applied Surface Science, 388, 468–474. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.11.195

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Alhamdany, A. A., Khenyab, A. Y., Mohammed, Q. K., & Alalkawi, H. J. M. (2021). Розробка механічних і втомних властивостей AA7001 після комбінованого дробеструйного очищення з глибокою кріогенною обробкою та ультразвукової ударної обробки з глибокою кріогенною обробкою. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1(113), 62–69. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243391

Номер

Том 5 № 1(113) (2021): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Aseel A. Alhamdany, Ali Yousuf Khenyab, Qusay K. Mohammed, Hussain Jasim M. Alalkawi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.