Four Point Bending Fatigue Tests of Forged Ti 6Al 4V
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Bernd Oberwinkler
Abstract
The paper derives from a long-term research program that is aimed at developing qualitative and quantitative design guidelines to influence mechanical surface treatments in order to improve the fatigue life of structural components. A four point bending test rig was developed using finite element analysis. High cycle fatigue tests were performed on plane specimens taken from Ti 6Al 4V forgings with mill-annealed or bimodal microstructure. The high cycle fatigue behaviour of specimens with two different surface conditions (as-forged and machined) was compared. In order to assess the fatigue failure mechanisms, detailed investigations of the surface layer were carried out. Residual stresses were shown to play an important role in fatigue.
Kurzfassung
Insbesondere auf dem Gebiet des Flugzeugbaus setzt man bei Strukturteilen bevorzugt auf geschmiedete Bauteile, wobei als Werkstoff oftmals Ti-6Al-4V zur Anwendung kommt. Das Ermüdungsverhalten solcher Komponenten wird dabei maßgeblich durch die Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst, wobei der Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit auf dem Vergleich von schmiederoher und gefräster Oberfläche liegt. Dazu wurden Vierpunkt-Biegeschwingversuche an Flachproben aus Ti-6Al-4V mit bimodaler bzw. mill-geglühter Mikrostruktur durchgeführt. Es zeigten sich aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenzustände insbesondere im Bereich der Zeitfestigkeit große Unterschiede in der Schwingfestigkeit. Die Randschichten der jeweiligen Oberflächenzustände wurden charakterisiert, wobei sich zeigte, dass der vorliegende Eigenspannungszustand die Schwingfestigkeit entscheidend beeinflusst.
References
1 R.Boyer, G.Welsch, E. W.Collings: Materials Properties Handbook: Titanium Alloys, ASM International, Ohio, USA (1994), pp. 483–547Suche in Google Scholar
2 B.Oberwinkler, A.Javidi, H.Leitner: Schwingfestigkeit von Ti 6Al 4V – Betrachtung mehrerer Einflussgrößen, DGM, Tagung Werkstoffprüfung (2007), Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, pp. 145–150Suche in Google Scholar
3 R. K.Nalla, B. L.Boyce, J. P.Campbell, J. O.Peters, R. O.Ritchie: Influence of microstructure on high-cycle fatigue of Ti 6Al 4V: Bimodal vs. lamellar structures, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 33A (2002), pp. 899–918Suche in Google Scholar
4 G.Lütjering: Influence of processing on microstructure and mechanical properties of (a+b) titanium alloys, Materials Science and Engineering A, A243 (1998), pp. 32–4510.1016/S0921-5093(97)00778-8Suche in Google Scholar
5 M. R.Bache, W. J.Evans, B.Suddell, F. R. M.Herrouin: The effects of texture in titanium alloys for engineering components under fatigue, International Journal of Fatigue, Vol. 23 (2001), pp. S153-S159Suche in Google Scholar
6 J. H.Zuo, Z. G.Wang, E. H.Han: Effect of microstructure on ultra-high cycle fatigue behaviour of Ti 6Al 4V, Materials Science and Engineering A, Vol. 473 (2008), pp. 147–152Suche in Google Scholar
7 A.Bower: The Effect of Testing Direction on the Fatigue and Tensile Properties of a Ti 6Al 4V Bar, 2nd International Conference on Titanium, reported in: Fatigue Data Book: Light Structural Alloys, ASM International, Ohio, USA (1995)Suche in Google Scholar
8 B.Oberwinkler, H.Leitner, M.Stoschka: Influence of shot peening on the fatigue behaviour of Ti 6Al 4V in respect of multiaxial loading, 10th International Conference on Shot Peening (ICSP10), Tokyo, Japan (2008)Suche in Google Scholar
9 H.Gray, L.Wagner, G.Lütjering: Influence of surface treatment on the Fatigue Behaviour of Titanium alloys at room and elevated temperatures, 6th World Conference on Titanium, Cannes, France(1988), pp. 1895–1900Suche in Google Scholar
10 H.Leitner, B.Oberwinkler, H.-P.Gaenser, M.Stoschka: Influence of the peening intensity on the fatigue behaviour of shot peened Titanium components, Journal of ASTM International, 5 (2008), No. 910.1520/JAI101537Suche in Google Scholar
11 R. J.Morrissey, D. L.McDowell, T.Nicholas: Frequency and stress ratio effects in high cycle fatigue of Ti 6Al 4V, International Journal of Fatigue21 (1999), pp. 679–68510.1016/S0142-1123(99)00030-4Suche in Google Scholar
12 G. H.Gessinger, C. W.Corti: Influence of surface condition on the fatigue strength of isothermally forged Ti 6Al 4V, Proc. of the Intern. Conf. Titanium '80, Science and Technology, Vol. 3, Kyoto, Japan (1980), pp. 1787–1795Suche in Google Scholar
13 H.Leitner: Simulation des Ermüdungsverhaltens von Aluminiumgusslegierungen, PhD Thesis, University of Leoben (2001)Suche in Google Scholar
14 B.Oberwinkler: Schwingfestigkeit von Ti 6Al 4V – Betrachtung mehrerer Einflussgrößen, Diploma thesis, University of Leoben (2007)Suche in Google Scholar
15 W.Calles: Schwingfestigkeit und Gefügeparameter der Legierung TiAl6V4, Roell Amsler Symposium 98/99, World of Dynamic Testing, Verlag Mainz, Aachen (2000), pp. 147–153Suche in Google Scholar
16 R. E.Cohen, D. K.Matlock, G.Krauss: Specimen edge effects on bending fatigue of carburized steel, Journal of Materials Engineering and Performance1 (1992), No. 5, pp. 695–70410.1007/BF02649251Suche in Google Scholar
© 2009, Carl Hanser Verlag, München
Artikel in diesem Heft
- Inhalt/Contents
- Inhalt
- Fachbeiträge/Technical Contributions
- Preface
- Crack Growth in a Parallelepipedic Specimen Subjected to a Cyclic Temperature Gradient*
- Persistent Slip Bands
- Validation of a Constitutive Material Model with Anisothermal Uniaxial and Biaxial Experiments*
- On the Fatigue Behaviour of Wrought Magnesium Alloys*
- Beitrag zur verbesserten Charakterisierung der Umformbarkeit von Aluminiumfeinblechwerkstoffen
- Mechatronisches System Werkstoffprüfmaschine
- Mechatronisches System Werkstoffprüfmaschine
- Four Point Bending Fatigue Tests of Forged Ti 6Al 4V
- Zerstörungsfreie Prüfung von Beton und Mauerwerk mit aktiver Thermografie
- Eine thermische Prüftechnik zur Oberflächenrissprüfung leitfähiger Materialien
- Vorschau/Preview
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