Date of Award

5-2019

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Abdel-Hamid Ismail Mourad

Second Advisor

Dr. Jafar Albinmousa

Abstract

This research work focuses on studying the mechanical and fracture behavior of one of magnesium ZK60A (UNS M16600) extrusion. The material has many industrial applications and its characteristic should be measured for proper component or system design. Several tests were conducted following the standard procedures to determine the mechanical characteristics of the material. In addition, the fracture toughness of the material has been measured using the fracture toughness-thickness curve. A stress intensity factor K was used as a fracture parameter to determine the plane strain fracture toughness KIC of ZK60A magnesium alloy using a single edge notch bend (SENB) specimen in accordance to ASTM E399 testing method. A sharp fatigue pre-crack was initiated, then the specimen has been loaded till maximum load and beyond. The fracture toughness KC values obtained for different thicknesses showed that KC value decreased with increasing specimen thickness. The highest KC value obtained was 24.7 MPa√m for 4 mm thickness specimen. The value of KC became relatively constant at about 20.6 MPa√m when the specimen thickness exceeds to 12 mm. This value was then considered as the plane strain fracture toughness KIC of ZK60A magnesium alloy. Finally, the stable crack growth (SCG) behavior through the alloy was investigated to determine the initiation Pi loads, the instability Pmax loads, and the range of SCG. The maximum value of Pmax/Pi was recorded (3.86) for a0/W=0.5 and crack angle of 45º. Also, a range of stable crack growth at the surface from 0.5 to 2 mm was observed for mode I and from 2 to 5 mm for mixed mode. Different fracture samples were employed to study mode I and mixed mode (I and II) fracture performance through SENB specimen. Several characterization techniques were utilized, such as SEM, to investigate the fracture surface topography of different regions during the stable crack growth

Comments

الهدف من هذا البحث هو دراسة السلوك الميكانيكي والكسر لأحد سبائك المغنيسيوم ( UNS M16600 ZK60A ) . للمادة العديد من التطبيقات الصناعية وينبغي قياس خصائصها من أجل التصميم المناسب للمكونات أو النظم. أجريت العديد من الاختبارات باتباع المعايير القياسية لتحديد الخواص الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، تم قياس صلابة الكسر للمادة باستخدام منحنى سمك صلابة الكسر. تم استخدام عامل شدة الإجهاد K كمعامل كسر لتحديد صلابة الكس KIC من سبيكة المغنيسيوم ZK60A باستخدام عينات ( SENB ) وفقًا لطريقة اختبار ASTM E399 . تم الشروع في مرحلة الكسر بالإجهاد قبل تحميل العينة في حالة شد حتى يتم الوصول إلى إجهاد الكسر. أظهرت قيم KC صلابة الكسر التي تم الحصول عليها لمختلف السماكة أن قيمة KC انخفضت مع زيادة سماكة العينة. أعلى قيمة KC تم الحصول عليها كانت MPa√m 24.7 لعينة سمك 4 ملم. أصبحت قيمة KC ثابتة نسبيًا عند حوالي 20.6 MPa√m عندما يتجاوز سمك العينة 12 مم. ثم تم اعتبار هذه القيمة بمثابة صلابة الكسر KIC لسبائك المغنيسيوم .ZK60A

أخيرا، تم فحص سلوك نمو الشقوق المستقر ( SCG ) من خلال السبيكة لتحديد أحمال البدء Pi , وأحمال عدم الاستقرار Pmax , ونطاق نمو الشقوق المستقر .SGC تم تسجيل الحد الأقصى لقيمة Pmax / Pi ( 3.86 ) لـ5.0 W = a0/ وزاوية الكسر البالغة 45º . أيضا، لوحظت مجموعة من نمو الشقوق المستقر على السطح من 0.5 إلى 2 مم للوضع I ومن 2 إلى 5 مم للوضع المختلط ( I و II ) . تم استخدام عينات كسر مختلفة لدراسة وضع الكسر الأول والأداء المختلط ( I و II ) من خلال عينات .SENB تم استخدام العديد من تقنيات التوصيف، مثل SEM , لاستكشاف تضاريس سطح الكسر في مناطق مختلفة أثناء نمو الشقوق المستقر.

Download
COinS