بررسی عددی و تجربی تنش پسماند و استحکام خستگی فولاد CK35 در فرآیند ساچمه زنی

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

مهدی تاجداری ¹ , حمیدرضا بهاروندی ² , علیرضا مرادخانی ³

1 - استاد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات مرکزی،گروه مکانیک، اراک، ایران
2 - دانشیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، گروه مواد، تهران، ایران
3 - کارشناس ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شرق، دانشکده فنی و مهندسی ، گروه مهندسی مکانیک

Received: 2015-09-28 Accepted : 2015-09-28 Published : 2012-06-21

Keywords: ساچمه زنی, تست خستگی, تنش پسماند, فولاد,

Abstract :

ساچمه زنی نوعی بمباران سطحی قطعه کار توسط هزاران ساچمه است که به ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح قطعه کار می­­انجامد و به منظور بهبود خواص مکانیکی همچون خستگی، مقاومت در برابر خوردگی تنشی، صاف کردن شکل دهی و... انجام می­­گیرد. در این پژوهش نمونه­­هایی از فولاد CK35 مورد عملیات ساچمه زنی با سرعت برخورد m/s 100 و  m/s200 ساچمه­­های استاندارد S230 قرار گرفتند و استحکام خستگی آن­ها با نمونه­­های فاقد ساچمه زنی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین تغییر عمق نفوذ ساچمه­­ها در نمونه­­ها توسط نرم افزار ANSYS محاسبه گردید و با نتایج تجربی مقایسه شد. نتایج حاصل، افزایش قابل توجه استحکام خستگی را دربرداشت. این مقادیر برای برخورد ساچمه­ها با سرعت  m/s100، 25% افزایش در استحکام خستگی و بیش از MPa 250 تنش پسماند ایجاد شده در سطح کار و برای برخورد ساچمه­­ها با سرعت m/s200، 40% افزایش در استحکام خستگی و بیش از MPa 300 تنش پسماند در سطح کار به‌دست آمد. همچنین میزان تنش ایجاد شده در ساچمه­­ها دو برابر تنش پسماند القاء شده نسیت به سطح کار حاصل شد.

References:

[1] Metals Handbook, Shot Peening, Vol. 9, 1982.

[2] Eleiche A.M., Megahed M.M., Abd- Allah N.M., The Shot Peening Effect on the HFC Behavior of High Strength Martensitic Steels, journal of Material Processing Technology, vol. 113, 2002, pp. 604-608.

[3] Schwarzer J., Schulze V., Vohringer O., Finite Element Simulation of Shot Peening- A Method to Evaluate the Influence of Peening Parameters on Surface Characteristics, Proceedings from International Conference of Shot Peening, ICSP-8, Munich, Germany.

[4] Oguri K., Fatigue life enhancement of aluminum alloy for aircraft by Fine Particle Shot Peening (FPSP), Journal of Materials Processing Technology, vol. 211, 2011, pp. 1395-1399.

[5] Zhang P., Lindemann J., Influence of shot peening on high cycle fatigue properties of the high-strength wrought magnesium alloy AZ80, Scripta Materialia, vol. 52, 2005, pp. 485–490.

[6] Tekeli S., Enhancement of fatigue strength of SAE 9245 steel by shot peening, Materials Letters, vol. 57, 2002, pp.604-608.

[7] Zhan K., Jiang C.H., Effect of prestress state on surface layer characteristic of S30432 austenitic stainless steel in shot peening process, Materials & Design, vol. 42, 2012, pp. 89-93.

[8] Miao H.Y., Larose S., Perron C., Lévesque M., On the potential applications of a 3D random finite element model for the simulation of shot peening, Advances in Engineering Software, vol. 40, 2009, pp. 1023-1038.

[9] Majzoobi G.H., Azizi R., three-D numerical method of shot peening process using multiple shot impacts, Proceeding ISCP-9, 2005, Paris, France.

[10] Zoin H. L., a dynamic finite element simulation of the shot-peening Process, Ph.D. thesis, Georgia Institute of technology, USA, 2003.

[11] Boyce B.L., Chen X., Hutchinson J.W., Ritchie R.O., the residual stress state due to a spherical hard-body impact., Mechanics of Materials, vol. 33, 2001, pp. 441-454.

[12] Guagliano M., Vergani L., Bandini M., Gili F., an approach to relate the shot peening parameters to the induced residual stresses, Proceeding ISCP-9, 1999, Warsaw, Pland.

[13] Guagliano M., Relating Almen intensity to residual stresses induced by shot peening: a numerical approach, Journal of Materials Processing Technology, vol. 110, 2001, pp. 277-286.

[14] Luo J., Harding R.A., Bowen P., evaluation of the fatigue behavior of ductile irons with various matrix microstructures, Metallurgical and materials transaction, vol. 33, 2002, pp. 3719-3730.  

[15] Dai P.Q., He R.Z., Wu W.Q. Mao Z.Y, Mechanical behavior of graphite in fracture of austempered ductile iron, Materials Science and technology, vol. 18, 2002, pp. 1052-1056.

[16] Hong T., Ooi J.Y., Shaw B., A numerical simulation to relate the shot peening parameters to the induced residual stresses, Engineering Failure Analysis, vol. 15, 2008, pp. 1097-1110