Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Mohammad Mashayekhi
سعید ضیائی راد (استاد راهنما) محمد مشایخی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Noushin Torabiandehkordi
نوشین ترابیان دهکردی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Microstructural Investigations of High and Very High Cycle Fatigue Behavior of a Dual-Phase Steel
This work is an attempt towards a better understanding of the high cycle and very high cycle fatigue behaviors of a ferritic-martensitic dual-phase steel, with a regard to temperature and strain rate effects, resulting from accelerated fatigue loading frequencies. The influence of frequency on fatigue response of DP600 steel was investigated by conducting ultrasonic and conventional low frequency fatigue tests. Fractography studies and microscopic observations on the surface of specimens were carried out to study the deformation and fracture mechanisms under low and ultrasonic frequencies. Moreover, in situ infrared thermography was carried out to investigate the thermal response and dissipative mechanisms of the material under fatigue tests. The S-N curves were determined from ultrasonic 20-kHz fatigue loadings and conventional tests at 30 Hz. Fatigue life for a given stress amplitude was found to be higher in the case of ultrasonic fatigue whereas the fatigue limit was the same for both cases. Moreover, crack initiation was always inclusion-induced under ultrasonic loading while under conventional tests it occurred at slip bands or defects on the surface. The inevitable temperature increase under ultrasonic fatigue at high stress amplitudes along with the rate dependent deformation behavior of ferrite, as a body centered cubic (BCC) structure, were found as the key parameters explaining the observed fatigue behavior and thermal response under low and ultrasonic frequencies. The discrepancies observed between conventional and ultrasonic fatigue tests were assessed through the mechanisms of screw dislocation mobility in the ferrite phase as a BCC structure. The higher fatigue life and inclusion-induced crack initiations in the case of ultrasonic loading were attributed to the dynamic strain aging, which resulted from the high temperature increases at high stress amplitudes. The existence of a transition in deformation regime from thermally-activated to athermal regime under ultrasonic fatigue loading by increasing the stress amplitude was confirmed. Below the fatigue limit, deformation occurred in thermally-activated regime while it was in athermal regime above the fatigue limit. Under conventional loading deformation occurred in athermal regime for all stress amplitudes. From the analysis of the experimental data gathered in this work, guidelines were given regarding the comparison and interpretation of S-N curves obtained from conventional and ultrasonic fatigue testing. A transition map was produced using the experimental results for DP600 steel as well as data available in the literature for other ferrite based steels, showing the correlation between thermally-activated screw dislocation movement and the absence of failure in very high cycle fatigue. Keywords: Very high cycle fatigue, Ultrasonic fatigue, Dual-phase steel, Frequency effect, Infrared thermography, BCC structure, Dislocations, Strain ageing.
پژوهش حاضر تلاشی در جهت درک بهتر رفتار خستگی پرچرخه و بسیار پرچرخه فولاد دو فازی فریت-مارتنزیتی با در نظر گرفتن اثرات دما و نرخ کرنش حاصل از فرکانس های بالای بارگذاری می باشد. تأثیر فرکانس بر پاسخ خستگی فولاد DP600 با انجام آزمایش های خستگی متعارف و فراصوت مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات شکست نگاری و مشاهدات میکروسکوپی روی سطح نمونه ها به منظور بررسی مکانیزم های تغییر شکل و شکست در فرکانس های پایین و در فرکانس فراصوت انجام شد. علاوه بر این، تصویر برداری حرارتی مادون قرمز درجا برای بررسی پاسخ حرارتی و مکانیزم های اتلافی فولاد تحت آزمایش های خستگی استفاده شد. منحنی های S-N از بارگذاری های خستگی با فرکانس kHz 20 و آزمایش های خستگی متعارف با فرکانس Hz 30 تعیین شدند. مشاهده شد که عمر خستگی برای یک دامنه تنش ثابت در مورد خستگی فراصوت بالاتر است، در حالی که حد خستگی برای هر دو مورد یکسان می باشد. علاوه بر این، آغاز ترک در بارگذاری فراصوت همواره ناشی از آخال می باشد در حالی که تحت آزمون های خستگی متعارف آغاز ترک در باندهای لغزش یا نقایص روی سطح رخ می دهد. افزایش دمای شدید تحت بارگذاری خستگی فراصوت در دامنه های تنش بالا همراه با رفتار تغییر شکل وابسته به نرخ فریت، که ماده ایست با ساختار مکعبی مرکزدار (BCC)، به عنوان پارامترهای کلیدی برای توضیح رفتار خستگی و پاسخ حرارتی مشاهده شده در فرکانس های پایین و فراصوت شناخته شدند. اختلاف بین آزمون های خستگی متعارف و فراصوت از نقطه نظر مکانیزم تحرک نابجایی های پیچی در فریت بررسی شد. عمر خستگی بالاتر و آغاز ترک ناشی از آخال در بارگذاری فراصوت به پیرکرنشی دینامیک که ناشی از افزایش دمای شدید در دامنه های تنش بالا می باشد نسبت داده شد. وجود گذار در رژیم تغییر شکل ماده از حالت فعال شده توسط حرارت به حالت اترمال در بارگذاری خستگی فراصوت با افزایش دامنه تنش تأیید شد. مشاهده شد که در زیر حد خستگی، تغییر شکل در رژیم فعال شده توسط حرارت اتفاق می افتد در حالی که در دامنه های تنش بالاتر از حد خستگی تغییر شکل در رژیم اترمال صورت می گیرد. در بارگذاری های خستگی متعارف تغییر شکل به ازای تمامی دامنه های تنش در رژیم اترمال رخ می دهد. از تجزیه و تحلیل داده های تجربی جمع آوری شده در این تحقیق، رهنمودهایی جهت مقایسه و تفسیر منحنی های S-N حاصل از آزمایش خستگی متعارف و فراصوت ارائه گردید. یک نقشه ی گذار با استفاده از نتایج آزمایشگاهی برای فولاد DP600 و همچنین داده های موجود در منابع برای سایر فولادهای فریتی تهیه شد که نشان دهنده ارتباط بین رژیم تغییر شکل و وقوع شکست خستگی می باشد. کلمات کلیدی : خستگی بسیار پرچرخه، بارگذاری خستگی فراصوت، فولاد دوفازی، اثر فرکانس، تصویر برداری حرارتی مادون قرمز، ماده BCC، نابجایی ها، پیرکرنشی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی