مقایسه خواص خستگی خمشی و خستگی سایشی آلیاژ آلومینیوم - سیلیسیوم تحت شرایط کاری سامانه رینگ - پیستون موتور

پدیده خستگی سایشی در قطعات رینگ و پیستون موتور، باعث ایجاد آسیب و خرابی می‌شود. در این پژوهش، رفتارهای خستگی سایشی و خستگی خمشی در آلیاژ آلومینیوم - سیلیسیوم پیستون، مقایسه شده است. سپس، تاثیر روانکاری و نیروی تماسی بر عمر خستگی سایشی ماده نیز، بررسی گردیده است. برای این منظور، آزمون‌های خستگی در شرایط بارگذاری کاملا معکوس‌شونده و در دمای محیط انجام شد. برای ایجاد شرایط کاری مشابه، از رینگ پیستون به عنوان پد سایشی استفاده گردید. ضمنا رفتار شکست ماده طی پدیده خستگی، به کمک میکروسکوپ روبشی نشر میدانی، مطالعه شد. نتایج مشخص کرد که رفتار شکست آلیاژ آلومینیوم پیستون عمدتا ترد بوده است و در برخی نواحی رفتار شکست نیمه ترد مشاهده شد؛ همچنین، عمر خستگی سایشی ماده بین 84 تا 95 درصد نسبت به عمر خستگی خمشی، کاهش یافت. اعمال روانکار باعث افزایش قابل توجه 43 تا 75 درصدی عمر خستگی گردید. استفاده از روغن و کاهش نیروی تماسی از 20 به 10 نیوتن، سبب بهبود 16 برابری عمر خستگی سایشی در آلیاژ کوئنچ‌شده آلومینیوم- سیلیسیوم، تحت سطح تنش 150 مگاپاسکال گردید.

Comparing bending fatigue and fretting fatigue properties in aluminumsilicon alloy under working conditions of engine pistonring system

The fretting fatigue phenomenon in engine piston and ring parts, leads to the damage and the failure. In this study, fretting fatigue and bending fatigue behaviors in the piston aluminumsilicon alloy were compared. Then, the effect of the lubrication and the contact force was investigated on the fretting fatigue lifetime of the material. For this objective, fatigue tests were conducted in a fullyreversed loading condition at room temperature. For a better working condition, piston rings were used as fretting pads. The material fracture behavior was studied by the field emission scanning electron microscopy. Obtained results indicated that the fracture surface of the piston aluminum alloy was brittle; however, in some areas, semibrittle fracture behavior was observed. Moreover, the fretting fatigue lifetime of the material decreased as 84 to 95%, compared to the bending fatigue lifetime. Applying the lubricant led to a significant increase of 43 to 75% of the fatigue lifetime. Using the oil and reducing the contact force from 20 to 10 N caused the 16time improvement in the fretting fatigue lifetime of the quenched piston aluminumsilicon alloy, under 150 MPa of the stress level.