Ön şekil değiştirme ile oluşturulan artık gerilmelerin yorulma davranışı üzerine etkisinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Doktora Tezi ÖN ŞEKİL DEĞİŞTİRME İLE OLUŞTURULAN ARTIK GERİLMELERİN YORULMA DAVRANIŞI ÜZERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ Recep Sadeler Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Doç.Dr. Adnan Özel Mühendislik malzemelerinin yorulma davranışları üzerinde artık gerilmelerin dikkate değer bir etkisi vardır. Orta ve yüksek sertlikli malzemelerin yüzey bölgelerinde mekanik, termik, veya termokimyasal işlemler ile oluşturulan bası artık gerilmeleri, dinamik yüklemeye maruz malzemelerde yorulma özelliklerini geliştirebilir. Bu çalışmada, iki farklı ısıl işlem uygulanmış AISI 4140 ( normalizasyon ve yağda- soğutulup-temperleme ) çeliğinden imal edilmiş farklı çentik yarıçaplarına ( r=l, 1.5 ve 2mm ) sahip numunelerde, ön şekil değiştirme işlemi ile oluşturulan bası artık gerilmesinin yorulma özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Yorulma deneyleri döner eğilmeli test ( R=-l ) cihazında gerçekleştirilmiştir. Söz konusu yöntem ile oluşturulan bası artık gerilmelerinin çentik bölgesindeki dağılımı geliştirilen sonlu eleman yöntemi ( SEY ) ile belirlenmiştir. SEY çözümünden elde edilen artık gerilme sonuçları, ANSYS 5.7 ile karşılaştırılmış ve sonuçların oldukça uyumlu olduğu saptanmıştır. Çentik bölgesinde artık gerilmelerin bir konsantrasyon etkisi gösterdiği, bu etkinin malzeme geometrisine ilaveten malzemenin mukavemetine de bağlı olduğu, bu bölgedeki artık gerilme dağılımından belirlenmiştir. Gerilme değişiminin söz konusu olduğu çentik civarında, ön şekil değiştirme ile oluşturulan bası artık gerilmelerinin yorulma ömrü üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu saptanmıştır. Malzemenin sertliği, akma mukavemeti, çentik etkisi ve seçilen ön yükleme oranı (yükleme genliğine) gibi parametrelerin, bası artık gerilmesinin söz konusu etkisini değiştirme yeteneğine sahip önemli değişkenler olduğu saptanmıştır. Metallografik incelemeler için optik mikroskop, SEM ( taramalı elektron mikroskobu ), ve X-ışınları yansıması yöntemleri kullanılmıştır. 2002, 137 sayfa Anahtar kelimeler : Yorulma, artık gerilmeler, sonlu eleman yöntemi

ABSTRACT Ph.D.Thesis THE INVESTIGATION OF EFFECT OF RESIDUAL STRESSES INDUCED BY PRE-STRAINING ON FATIGUE BEHAVIOUR Recep Sadeler Atatürk University Institute of Applied Science Department of Mechanical Engineering Supervisor : Doç.Dr. Adnan Özel Residual stresses have significant effects on the fatigue behaviors of engineering materials. The compressive residual stresses which are induced on the surface region of the materials with medium and high hardness by mechanical, thermal and thermo- chemical processes may improve the fatigue properties of the materials subjected to dynamic loadings. In this study, the effect of the compressive residual stresses on the fatigue properties are investigated in the samples with different radius (r =1, 1.5 and 2 mm) manufactured from AISI 4140 steel for which two different heat treatments (normalized and oil quenched-tempered) were applied. The fatigue tests are carried out at the rotating bending (R=-l) test machine. The distribution of the compressive residual stresses induced by the process mentioned in the notch region is determined by the Finite Element Method ( SEY ) developed by the author. The results of the residual stress are compared with that of ANSYS 5.7, and it is found that the results are quite coincident. It is observed from the distribution of the compressive residual stress in the notch that the residual stress exhibits a concentration effect in the notch region, which is dependent on the material strength as well as the material geometry. In the vicinity of the notch subjected to the stress gradient it is also determined that the compressive residual stresses induced by pre-straining have the most significant effect on the fatigue life. The parameters such as the hardness of the material, the yielding stress, the notch effect and the selected stress amplitude are appeared as the important parameters that have the ability of changing the mentioned effect of the compressive residual stress. Optic microscope, SEM (Scanning Electron Microscope) and X-ray are used for the metallographic studies. 2002, 137 pages Keywords : Fatigue, residual stresses, finite element method