مطالعه رفتار خستگی فولاد AISI 1045 با استفاده از دستگاه آزمایش خستگی فراصوتی

در استفاده از فلزات با توجه به پیشرفت‌های صنعتی صورت گرفته و اعمال بارهای دینامیکی بیشتر، نیاز به توجه به مسئله خستگی که به طور تقریبی 90 درصد از شکست اجزای فلزی را شامل می‌شود امری ضروری می‌باشد. برخی از نمونه‌های چنین شکست‌هایی در هواپیما، خودرو، قطارهای سرعت بالا و توربین‌ها یافت می‌شود و همین امر سبب می‌شود تا در طراحی‌های صنعتی توجه ویژه‌ای به مسئله خستگی صورت گیرد. در دو دهه اخیر شاخه جدیدی در عمر خستگی به نام خستگی در چرخه خیلی زیاد (VHCF) مورد توجه محققان قرار گرفته است که دسترسی به این تعداد چرخه (107 به بالا) در عمل با استفاده از دستگاه‌های آزمایش امروزی به دلیل فرکانس پایین، زمان‌بر و در نتیجه پر هزینه می‌باشد و در نتیجه در گذشته مورد توجه نبوده است. از طرفی برای بسیاری از مواد شکست خستگی پس از 107 چرخه‌ی بارگذاری، یعنی در محدوده چرخه خیلی زیاد گزارش شده است. بررسی خواص خستگی در چرخه خیلی زیاد مسئله‌ای قابل توجه برای حصول اطمینان از عمر بلند مدت و قابل اطمینان ماشین آلات و اجزای ساختاری با توجه به مطالبات رو به رشد صنعتی می‌باشد. برای دستیابی به این تعداد چرخه از دستگاه آزمایش خستگی با روش فراصوتی با فرکانس کاری در حدود 20000 هرتز استفاده می‌شود که با توجه به فرکانس کاری بالا، کاهش زمان و دستیابی به چرخه‌های بالا از جمله هدف‌های استفاده از این دستگاه است و می‌توان از آن به منظور مطالعه خواص خستگی در سیکل‌های خیلی زیاد استفاده کرد. در این پژوهش پس از بیان تئوری فرایند، شرح اجزای دستگاه و انجام طراحی‌های صورت گرفته در مورد مبدل ارتعاشاتی و نمونه تست خستگی، دستگاه آزمایش خستگی با روش فراصوتی در فرکانس کاری در حدود 20 کیلو هرتز در آزمایشگاه ساخته شده و سپس رفتار خستگی فولاد AISI 1045 با استفاده از این دستگاه مورد مطالعه قرار می‌گیرد و نمودار تنش-عمر برای این فولاد تا سیکل 108 بدست می‌آید. نتایج حاکی از آن است که عمر خستگی فولاد مورد نظر تا 204 مگاپاسکال کاهش یافته است. در نهایت روند شکست در یک نمونه با توجه به سطح شکست شرح داده شده است.