Modelling the influence of machined surface roughness on the fatigue life of aluminium alloy

The influence of machined surface roughness on the fatigue life of 7010 aluminium alloy has been investigated. Four-point bending specimen have been machined according to various machining conditions and tested in fatigue. In order to explain the high dependence of SN curves on the surface roughness of the specimen, an approach based on the finite element analysis of measured surface topography is proposed. Surface grooves due to machining are supposed to generate stress concentrations that are so calculated. A model of fatigue life prediction is developed, using this definition of local Kt

Influence de gammes d'usinage sur la tenue en fatigue d'un alliage léger aéronautique

Les gammes d'usinage en tournage et étau limeur, pratiquées respectivement sur des éprouvettes de flexion rotative et plane,ont permis de mettre en évidence les facteurs d'influence de l'état de surface sur la tenue en fatigue d'un alliage léger aéronautique. Un modèle mécanique a été développé pour établir l'origine physique de cette influence

Effet des paramètres d'usinage sur la durée de vie en fatigue des pièces aéronautiques en alliages d'aluminium de la série 7000

Cette étude s'inscrit dans le cadre général de l'amélioration des processus de conception et de fabrication de pièces aéronautiques usinées exigeant une tenue garantie en fatigue. La qualité de l'état de surface est un facteur prépondérant de la tenue des pièces en fatigue et doit donc être spécifiée dans le dimensionnement de ces pièces. Actuellement cet état de surface est décrit par un critère de rugosité géométrique (Ra: rugosité moyenne). La valeur de ce critère est reliée à la durée de vie des pièces usinées dans le cadre d'une gamme de fabrication définie par des critères comme l'avance à la dent pour le fraisage. La modification de la gamme implique une vérification de la validité du critère par la réalisation d'essais de fatigue complémentaires. Le critère de rugosité n'est en fait qu'un indicateur de suivi de production parce qu'insuffisant pour garantir à lui seul la tenue en fatigue de la pièce. Cette façon de procéder retarde donc l'adoption des nouvelles techniques de production et en augmente le coût. Il apparaît donc judicieux pour continuer à progresser en matière de productivité tout en garantissant une qualité souhaitée des pièces, de proposer : au concepteur, les critères d'influence de l'état de surface sur la tenue en fatigue des pièces quelles que soient les gammes de fabrication ; au producteur, les critères de contrôle du processus permettant de garantir la qualité de la surface demandée par le bureau d'étude en optimisant la productivité. Ces deux objectifs ont conduit l'ENSICA à développer deux études, toutes deux appliquées à un alliage d'aluminium de la série 7000, l'une sur l'influence des gammes de fabrication sur l'état de surface et l'autre sur l'influence de l'état de surface sur la tenue à la fatigue. Dans ce travail, seront présentés succinctement les principaux résultats de ces deux études et en guise de conclusion leur application au cas de pièces d'essais réalisées en usine et testées en fatigue a posteriori et par d'autres moyens que ceux utilisés pour l'établissement de ces résultats

Machining parameters effects on fatigue life of aluminium alloy aeronautical parts

This study lies within the general scope of design and manufacturing processes improvements of aeronautical machined parts requiring fatigue behaviour guarantees. For the investigated aluminium alloy, the local stress intensity factor (Kt) has been identified as the characteristic parameter of the fatigue life. The proposed approach couples a model connecting the machining parameters with the generated surface and a fatigue model based on Kt determination by finite elements calculations. A maximum error of 15% in terms of fatigue life was obtained in the HSM milling cases studied

Procédé de caractérisation de la tenue en fatigue d'une pièce à partir de son profil de surface

Un procédé de caractérisation de la tenue en fatigue d'une pièce à partir de son état de surface comporte les étapes suivantes : on relève des données géométriques décrivant le profil de surface de la zone dont la tenue en fatigue doit être déterminée; on applique ces données à un modèle de calcul en sortie d'élaborer une estimation du champ des contraintes mécaniques dans ladite zone de ladite pièce; on déduit de cette estimation du champ des contraintes au moins une grandeur caractéristique du comportement en fatigue de la pièce

Method for characterizing the endurance limit of a part from its surface profile

The invention concerns a method for characterizing the endurance limit of a part from the state of its surface including the following steps: reading geometrical data describing the surface profile of the zone the endurance limit of which is to be determined, appling said date to a computing model so as to work out an estimate of the field of mechanical stresses in said zone of said part, deducing fron said estimate of the field of stresses at least one quantity characteristic of the endurance behavior of th epart

Characterizing surface finish and fatigue behavior in binder-jet 3D-printed nickel-based superalloy 625

In this study, the fatigue properties of binder-jet 3D-printed nickel-base superalloy 625 were evaluated. Standard fatigue specimens were printed and sintered, then half of the samples were mechanically ground, while the other half were left in their as-sintered state. They were then characterized using micro-computed x-ray tomography, metallographic sample examination, and optical and stylus profilometry for surface topography. The micro-computed tomography observations showed that density of the as-printed sample was ~50%, while the sintered sample neared full densification (98.9 ± 0.3%) upon sintering at 1285 °C for 4 h in a vacuum atmosphere. The metallographic examination showed equiaxed grains. The roughness of the as-sintered samples was significant with an RMS roughness of Rq = 1.39 ± 0.20 μm as measured over a line-scan of 5 mm, but this was reduced to Rq = 0.47 ± 0.02 μm after mechanical grinding. All samples were tested to failure in fatigue, under fully-reversed tension-compression conditions. While the as-sintered samples showed poor fatigue properties compared to prior reports on cast and milled parts, the ground samples showed superior performance. Scanning electron microscopy observation was conducted on the fractured surfaces and showed that the samples underwent transgranular crack initiation, followed by intergranular crack growth and final failure. In the mechanically ground sample, hardness increased nearly two-fold up to 75 µm beneath the sample’s surface and X-ray diffraction indicated an in-plane compressive stress, grain refinement, and micro-strain on the mechanically ground sample. The reduced roughness, surface hardening, and compressive stress resulted in increased fatigue life of the binder-jetted alloy 625

Surface integrity in metal machining - Part II: Functional performance

Material removal operations play a pivotal role in the manufacture of key components, required for engineering systems to operate safely and efficiently under ever more advanced functional requirements and over extended life cycles. To further step up the loading capability of machined parts, fundamental understanding of how of machining-induced features can influence the performance of advanced materials under complex service conditions is necessary over finer temporal and spatial scales. As discussed in Part I of this review, when engineering surfaces are generated by material removal processes, a wide range of physical mechanisms (e.g. mechanical, thermal, chemical and their combinations) drive the characteristics of workpiece surface integrity. In Part II of this review, the interplay between the metallurgical and micro-mechanical condition induced by material removal processes and their in-service response will be thoroughly explored, by a critical analysis of the state-of-the-art in the field. Specifically, attention is focused on recent advances made towards the understanding of the mechanisms determining the resistance of machined surface to fatigue crack nucleation (Section 2), corrosion and stress-corrosion cracking (Section 3), and wear (Section 4). Furthermore, the impact of relevant post-machining treatments on the in-service behaviour of machined surfaces is analysed, and the possible strategies for the enhancement of the functional performance of machined surfaces are presented (Section 5). Finally, the current research gaps and the prospective challenges in understanding the in-service behaviour of machined surfaces are critically discussed, providing an interpretation of the possible directions of future scientific development of this field

Influence de l état de surface sur la tenue en fatigue de l alliage d aluminium 7010

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