Επίδραση της ηλεκτροχημικής διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα κραμάτων αλουμινίου υπο μηχανική κυκλική φόρτιση (Master thesis)

Τσιβιλτίδης, Χαράλαμπος


In the context of this dissertation, the study of mechanical properties and mechanical behavior in dynamic loads was carried out aluminum alloys 7075 - Τ6 & 7075 - Τ7 with the parallel implementation of non - destructive evaluation (NDE), infrared thermography (IR) and acoustic emission (AE), to which targeted electrochemical corrosion was subjected. The reason for choosing studying aluminum alloy 7075 is that they are one of the most widely used building materials in aeronautics due to their competitive mechanical endurance and corrosion resist in relation to ferrous alloys. The purpose of this dissertation was to correlate the degree of wear of the aluminum samples through electrochemical corrosion, with their mechanical behavior in dynamic loads and degradation of the fatigue limit or endurance limit. The theoretical background is presented in the first part of this dissertation with the main pillars the mechanical behavior of mechanical components mainly in static and dynamic loads, the nature of corrosion and in particular electrochemical corrosion, the importance of aluminum as a structural material nowadays as well as the theory of non - destructive evaluation techniques specializing in infrared thermography and acoustic emission. The theoretical background was the tool to conduct conclusions during the presentation of the results of each experiment. The second part presents extensively the experimental process followed by references to corresponding bibliographic studies. More specifically, in making experiments aluminum samples, with specific geometric specifications, have undergone heat treatments according to standards Τ651 and Τ731 in order to achieve complete homogenization and uniformity in the distribution of their alloys elements in order to enhance their mechanical and physical properties. The above reinforcement was confirmed by Brinell macro - hardness tests as well as static tensile tests. Subsequently, 7075 - T651 aluminum samples were coated with transparent nail polish and three uniform cavities on their outer surface were created through the head of the Brinell macro - hardness. Then they underwent electrochemical corrosion by the use of potentiodynamic polarization causing severe damage to the individual cavities. Optical observation of the corroded cavities was performed using white light profilometry to determine their geometric characteristics. Subsequently, the corroded specimens underwent dynamic loads in order to evaluate their mechanical behavior as well as the effect of the degree of corrosion on it. Finally, an innovative apparatus was applied to quickly determine the endurance limit (fatigue limit) developed in the laboratory, in combination with the non - destructive evaluation methods mentioned above, in order to study the effect of the corroded cavities of the aluminum samples on it. Finally, the third part analyzes the results of the experimental process and are interpreted based on the theoretical background. According to the results of the present dissertation, it appears that the effect of electrochemical corrosion on the structural integrity and mechanical behavior of the 7075 - T651 aluminum alloys on dynamic stresses is worthy of study. Instead, thermal treatments enhance both the mechanical and corrosive behavior of 7075 alloy alloys. In particular, eroded areas constitute stress concentration points that affect the mechanical strength and behavior of the specimens in the application of dynamic loadings. The influence of corrosion is detected both by the failure mechanism and by the determination of the fatigue limit through thermography and acoustic emission diagrams.
Institution and School/Department of submitter: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Subject classification: Ηλεκτροχημική ανάλυση
Keywords: Ηλεκροχημική διάβρωση,Κράμματα αλουμινίου 7075,Μηχανική συμπεριφορά,Κόπωση,Θερμογραφία,ΑΕ
URI: http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29408
Item type: masterThesis
Subject classification: Ηλεκτροχημική ανάλυση
Submission Date: 2019-06-11T09:33:16Z
Item language: el
Item access scheme: free
Institution and School/Department of submitter: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Publication date: 2019
Bibliographic citation: Βιβλιογραφία: σ. 182-191
Abstract: Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων και μηχανικής συμπεριφοράς σε δυναμικές καταπονήσεις, κραμάτων αλουμινίου 7075 - Τ6 & 7075 - Τ7 με την παράλληλη εφαρμογή μεθόδων μη καταστροφικού ελέγχου (NDE), υπέρυθρης θερμογραφίας (IR) και ακουστικής εκπομπής (AE), στα οποία υποβλήθηκε στοχευμένη ηλεκτροχημική διάβρωση. Ο λόγος επιλογής μελέτης κραμάτων αλουμινίου 7075 είναι ότι αποτελούν ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα δομικά υλικά στην αεροναυπηγική λόγω της ανταγωνιστικής μηχανικής και διαβρωτικής συμπεριφοράς τους, σε σχέση με τα σιδηρούχα κράματα. Σκοπός της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η συσχέτιση του βαθμού φθοράς των δοκιμίων αλουμινίου μέσω ηλεκτροχημικής διάβρωσης, με την μηχανική συμπεριφορά αυτών σε δυναμικές καταπονήσεις και την υποβάθμιση του ορίου κόπωσης ή ορίου διαρκούς αντοχής. Στο πρώτο μέρος της παρούσας διατριβής παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο με κύριους πυλώνες τη μηχανική συμπεριφορά μηχανικών στοιχείων κυρίως σε στατικές και δυναμικές φορτίσεις, τη φύση της διάβρωσης και συγκεκριμένα της ηλεκτροχημικής διάβρωσης, τη σημασία του αλουμινίου ως δομικό στοιχείο στις μέρες μας καθώς και τη θεωρία των μη καταστροφικών τεχνικών αξιολόγησης με ειδίκευση την υπέρυθρη θερμογραφία και την ακουστική εκπομπή. Το θεωρητικό υπόβαθρο αποτέλεσε το εργαλείο διεξαγωγής συμπερασμάτων κατά την παρουσίαση των αποτελεσμάτων των εκάστοτε δοκιμών. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται εκτενώς η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε με αναφορές σε αντίστοιχες βιβλιογραφικές μελέτες. Αναλυτικότερα, κατά την πραγμάτωση των πειραμάτων δοκίμια αλουμινίου, συγκεκριμένων γεωμετρικά προδιαγραφών, υπέστησαν θερμικές κατεργασίες σύμφωνα με τα πρότυπα Τ651 και Τ731 προκειμένου να επιτευχθεί πλήρης ομογενοποίηση και ομοιομορφία στην κατανομή των κραματικών τους στοιχείων, με σκοπό την ενίσχυση των μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων τους. Η παραπάνω ενίσχυση επιβεβαιώθηκε μέσω δοκιμών μάκρο - σκληρομέτρησης τύπου Brinell καθώς και δοκιμών στατικού εφελκυσμού. Στην συνέχεια δοκίμια αλουμινίου 7075 - Τ651 επικαλύφθηκαν με διάφανο βερνίκι νυχιών και μέσω της κεφαλής του οργάνου μάκρο - σκληρομέτρησης Brinell δημιουργήθηκαν τρείς ομοιόμορφες κοιλότητες στην εξωτερική τους επιφάνεια. Κατόπιν υπεβλήθησαν σε ηλεκτροχημική διάβρωση με την χρήση της ποτενσιοδυναμικής πόλωσης προκαλώντας έντονη φθορά στις επιμέρους κοιλότητες. Ακολούθησε οπτική παρατήρηση των σχηματιζόμενων διαβρωμένων κοιλοτήτων με χρήση προφιλομετρίας λευκού φωτός, προκειμένου να προσδιοριστούν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά αυτών. Εν συνεχεία, τα διαβρωμένα δοκίμια υπεβλήθησαν σε δυναμικές καταπονήσεις προκειμένου να αξιολογηθεί η μηχανική συμπεριφορά τους καθώς και η επίδραση του βαθμού διάβρωσης σε αυτήν. Τέλος, ακολουθήθηκε μία καινοτόμος διάταξη ταχέως προσδιορισμού του ορίου διαρκούς αντοχής (ορίου κόπωσης) που αναπτύχθηκε στα πλαίσια του εργαστηρίου, σε συνδυασμό με τις μεθόδους μη καταστροφικής αξιολόγησης που προαναφέρθηκαν, προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση των διαβρωμένων κοιλοτήτων των δοκιμίων αλουμινίου σε αυτό. Τέλος, στο τρίτο μέρος παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας και ερμηνεύονται βάση του θεωρητικού υπόβαθρου του πρώτου μέρους. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής, προκύπτει ότι η επίδραση της ηλεκτροχημικής διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα και τη μηχανική συμπεριφορά των κραμάτων αλουμινίου 7075 - Τ651 σε δυναμικές καταπονήσεις είναι άξια μελέτης. Συγκεκριμένα, οι διαβρωμένες περιοχές αποτελούν σημεία συγκέντρωσης τάσεων οι οποίες επηρεάζουν την μηχανική αντοχή και συμπεριφορά των δοκιμίων κατά την εφαρμογή δυναμικών καταπονήσεων. Η επίδραση της διάβρωσης εντοπίζεται τόσο από το μηχανισμό αστοχίας όσο και από τον προσδιορισμό του ορίου κόπωσης μέσω διαγραμμάτων θερμογραφίας και ακουστικής εκπομπής. Αντίθετα, η εφαρμογή θερμικών κατεργασιών ενισχύει τόσο τη μηχανική όσο και τη διαβρωτική συμπεριφορά των κραμάτων αλουμινίου 7075.
In the context of this dissertation, the study of mechanical properties and mechanical behavior in dynamic loads was carried out aluminum alloys 7075 - Τ6 & 7075 - Τ7 with the parallel implementation of non - destructive evaluation (NDE), infrared thermography (IR) and acoustic emission (AE), to which targeted electrochemical corrosion was subjected. The reason for choosing studying aluminum alloy 7075 is that they are one of the most widely used building materials in aeronautics due to their competitive mechanical endurance and corrosion resist in relation to ferrous alloys. The purpose of this dissertation was to correlate the degree of wear of the aluminum samples through electrochemical corrosion, with their mechanical behavior in dynamic loads and degradation of the fatigue limit or endurance limit. The theoretical background is presented in the first part of this dissertation with the main pillars the mechanical behavior of mechanical components mainly in static and dynamic loads, the nature of corrosion and in particular electrochemical corrosion, the importance of aluminum as a structural material nowadays as well as the theory of non - destructive evaluation techniques specializing in infrared thermography and acoustic emission. The theoretical background was the tool to conduct conclusions during the presentation of the results of each experiment. The second part presents extensively the experimental process followed by references to corresponding bibliographic studies. More specifically, in making experiments aluminum samples, with specific geometric specifications, have undergone heat treatments according to standards Τ651 and Τ731 in order to achieve complete homogenization and uniformity in the distribution of their alloys elements in order to enhance their mechanical and physical properties. The above reinforcement was confirmed by Brinell macro - hardness tests as well as static tensile tests. Subsequently, 7075 - T651 aluminum samples were coated with transparent nail polish and three uniform cavities on their outer surface were created through the head of the Brinell macro - hardness. Then they underwent electrochemical corrosion by the use of potentiodynamic polarization causing severe damage to the individual cavities. Optical observation of the corroded cavities was performed using white light profilometry to determine their geometric characteristics. Subsequently, the corroded specimens underwent dynamic loads in order to evaluate their mechanical behavior as well as the effect of the degree of corrosion on it. Finally, an innovative apparatus was applied to quickly determine the endurance limit (fatigue limit) developed in the laboratory, in combination with the non - destructive evaluation methods mentioned above, in order to study the effect of the corroded cavities of the aluminum samples on it. Finally, the third part analyzes the results of the experimental process and are interpreted based on the theoretical background. According to the results of the present dissertation, it appears that the effect of electrochemical corrosion on the structural integrity and mechanical behavior of the 7075 - T651 aluminum alloys on dynamic stresses is worthy of study. Instead, thermal treatments enhance both the mechanical and corrosive behavior of 7075 alloy alloys. In particular, eroded areas constitute stress concentration points that affect the mechanical strength and behavior of the specimens in the application of dynamic loadings. The influence of corrosion is detected both by the failure mechanism and by the determination of the fatigue limit through thermography and acoustic emission diagrams.
Advisor name: Ματίκας, Θεόδωρος
Examining committee: Ματίκας, Θεόδωρος
Μπάρκουλα, Νεκταρία-Μαριάνθη
Δάσιος, Κωνσταντίνος
Publishing department/division: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Publishing institution: uoi
Number of pages: 191 σ.
Appears in Collections:Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Μ.Ε. ΤΣΙΒΙΛΤΙΔΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ 2019.pdf5.88 MBAdobe PDFView/Open



 Please use this identifier to cite or link to this item:
http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29408
  This item is a favorite for 0 people.

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.