Yüksek Mukavemetli Alüminyum Alaşımlarının Yorulma Ömrü 25 Kat Artırıldı

Monash Üniversitesi mühendisleri tarafından dünyada ilk kez yapılan bir çalışma, yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarının yorulma ömründe 25 kat iyileşme olduğunu ortaya koydu. Bu, nakliye imalat endüstrisi için önemli bir sonuçtur.

Araştırmacılar, prestijli ‘’Nature Communications’’ dergisinde bugün (15 Ekim 2020 Perşembe) yayınlanan makaleye göre, yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarının zayıf yorgunluk performansının ‘serbest çökelme bölgeleri ‘ olarak adlandırılan zayıf bağlantılardan kaynaklandığını ispat etti.

Avustralya’daki Monash Üniversitesi’nde Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü olan Profesör Christopher Hutchinson liderliğindeki ekip, çalışma sırasında zayıf bağları iyileştirebilen alüminyum alaşımlı mikro yapılar (yani kendi kendini iyileştirme şekli) yapmayı başardı.

Yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarının yaşam süresindeki iyileşme, mevcut son teknoloji alaşımlara kıyasla 25 kat olabildi.

Alüminyum alaşımları, günümüzde kullanılan en popüler ikinci mühendislik alaşımıdır. Çeliğe kıyasla hafiftirler (yoğunluğunun 1 / 3’ü), manyetik değildirler ve mükemmel korozyon direncine sahiptirler.

Alüminyum alaşımları, hafif olmaları ve yakıt verimliliğini artırmaları nedeniyle nakliye uygulamaları için önemlidir. Ancak, yorulma özellikleri, herkesin bildiği gibi benzer dayanma gücündeki çeliğe göre kötüdür.

Profesör Hutchinson, taşıma için alüminyum alaşımları kullanırken, tasarımın alüminyum alaşımlarının yorgunluk sınırlamalarını karşılaması gerektiğini söyledi. Bu, üreticilerin istediğinden daha fazla malzeme kullandığını ve yapıların istediğimizden daha ağır olduğu anlamına gelir.

Profesör Hutchinson, “Tüm mühendislik alaşımı arızalarının yüzde sekseni yorgunluktan kaynaklanıyor. Yorgunluk, değişen gerilimlerden kaynaklanan kusurdur ve imalat ve mühendislik endüstrisinde büyük bir meseledir” dedi.

“Elinize metal bir ataç alıp metali kırmaya çalıştığınızı düşünün. Bir kere de yapamazsınız. Ancak, bir yöne, sonra diğerine ve birkaç kez ileri geri bükerseniz, metal kırılır. Bu, yorgunluktan kaynaklanan kırılmadır ve trenler, arabalar, kamyonlar ve uçaklar gibi ulaşım uygulamalarında kullanılan tüm malzemeler için önemli bir husustur.”

Yorgunluktan kaynaklanan kırılma aşamalar halinde gerçekleşir. değişen gerilme, mikro plastisiteye (gerilme nedeniyle kalıcı değişime uğrar) ve malzemedeki zayıf bağlantılarda bir plastiklik lokalizasyonu şeklinde hasar birikmesine yol açar.

Plastik lokalizasyon, yorulma çatlağını katalize eder. Bu çatlak büyür ve son kırılmaya neden olur.

Araştırmacılar, ticari olarak temin edilebilen AA2024, AA6061 ve AA7050 alüminyum alaşımlarını kullanarak, erken yorulma döngüleri sırasında malzemelere verilen mekanik enerjiyi mikroyapıdaki zayıf noktaları (PFZ’ler) iyileştirmek için kullandılar.

Bu, plastisite lokalizasyonunu ve yorgunluk çatlaklarının başlamasını büyük ölçüde geciktirdi ve yorgunluk ömürlerinin ve dayanıklılıklarının arttığını göstermiş oldu

Profesör Hutchinson, yakıt tasarruflu, hafif ve dayanıklı uçaklara, arabalara, kamyonlara ve trenlere olan talep artmaya devam ederken, bu bulguların nakliye imalat endüstrisi için önemli olabileceğini söyledi.

“Araştırmamız, dinamik yükleme uygulamaları için alüminyum alaşımlarının mikroyapısal tasarımında kavramsal bir değişiklik olduğunu gösterdi” dedi.

“Güçlü bir mikro yapı tasarlamak ve yorulma yüklemesi sırasında mümkün olduğu kadar uzun süre stabil kalmasını ummak yerine, mikro yapının dinamik yükleme ile değişeceğini fark ettik ve bu nedenle, bir başlangıç mikro yapısı tasarladık (daha düşük statik dayanıma sahip olabilir). Bu, yorgunluk performansını daha iyi olacak şekilde değiştirecektir.

“Bu bağlamda, yapı değiştirildi ve üzerine çalışılan sistem, zayıf noktaları temsil edecek olan PFZ’leri iyileştirmek için kullanıldı. Bu yaklaşım geneldir ve yorulma performansının önemli bir husus olduğu PFZ’leri içeren çökelmeyle sertleştirilmiş alaşımlara uygulanabilir. ”

Kaynak: phys.org