The effect of machining defects on the fatigue behaviour of the Al7050 alloy

During the High Speed Machining (HSM) of aircraft components, geometrical defects, such as mismatches or chatters, can be created. To obtain a high surface quality, an expensive manual grinding operation is systematically done to remove these defects. The aim of this study is to identify the impact of HSM defects on the fatigue behaviour of the aluminium alloy Al7050. After listing and reproducing the most frequently observed surface defects, fatigue tests are conducted under fully reversed plane bending loads. Investigations carried out in previous work showed that residual stresses and the strain hardening introduced by machining under these conditions can be neglected. Therefore, only the geometric aspect of the surface integrity is considered in this study. The results show that the fatigue strength decreases only when the surface roughness is significantly degraded. It is also pointed out that manual grinding allows the effect of the machining defects to be removed from the fatigue behaviour. In order to predict the influence of the surface condition on the fatigue behaviour, a numerical approach based on the real surface topology is also developed. Crack initiation sites that are numerically identified are in agreement with experimental results. Numerical simulation results are compared to the predictions of different fatigue criteria from the literature and discussed over a wide range of surface defects

Effet des défauts d’usinage sur la tenue en fatigue d’un alliage Al7050.

Lors du fraisage UGV de pièces aéronautiques, certains défauts géométriques, tels que les ressauts et les marques de vibration, peuvent être générés. Pour obtenir une surface de bonne qualité, une opération de rectification (manuelle et coûteuse) est souvent conduite pour faire disparaître ces défauts d’usinage. Afin d’améliorer leur tenue à la corrosion, ces pièces subissent également un traitement de surface (décapage + anodisation) susceptible de générer des piqûres en surface. L’objectif de cette étude est d’identifier l’impact sur la tenue en fatigue de la présence des défauts de surface crées lors de l’usinage UGV ou du traitement de surface sur l’alliage d’aluminium 7050. Après avoir répertorié et reproduit les défauts de surface fréquemment observés sur les pièces industrielles, une campagne d’essais de fatigue en flexion plane est réalisée. Différents états de surface sont générés sur la surface d’un nombre suffisant de lots d’éprouvettes. Les premières caractérisations d’intégrité de surface réalisées tendent à montrer que l’effet de l’usinage sur les contraintes résiduelles et l’écrouissage est peu marqué dans nos conditions. Seul l’aspect géométrique des surfaces étudiées est donc considéré dans ce travail. L’objectif est dans un premier temps de hiérarchiser les défauts de surface en fonction de leur impact sur la tenue en fatigue tout en fixant des critères discriminants qui spécifient leur acceptabilité. Les résultats montrent qu’il est nécessaire de dégrader de manière importante l’état de surface pour observer un abattement de la tenue en fatigue. Par ailleurs, on constate bien que l’opération de ponçage manuelle permet de supprimer l’effet des défauts d’usinage sur le comportement en fatigue. Afin de prédire l’effet de l’état de surface sur la tenue en fatigue, une approche numérique est également développée. La topologie de surface est caractérisée expérimentalement pour être introduite dans un modèle éléments finis. La localisation de l’amorçage observée numériquement est en accord avec l’expérience. Les prédictions de différents critères en fatigue sont discutées sur une large gamme de défaut de surface

Effet des défauts d’usinage sur la tenue en fatigue d’un alliage Al7050.

Lors du fraisage UGV de pièces aéronautiques, certains défauts géométriques, tels que les ressauts et les marques de vibration, peuvent être générés. Pour obtenir une surface de bonne qualité, une opération de rectification (manuelle et coûteuse) est souvent conduite pour faire disparaître ces défauts d’usinage. Afin d’améliorer leur tenue à la corrosion, ces pièces subissent également un traitement de surface (décapage + anodisation) susceptible de générer des piqûres en surface. L’objectif de cette étude est d’identifier l’impact sur la tenue en fatigue de la présence des défauts de surface crées lors de l’usinage UGV ou du traitement de surface sur l’alliage d’aluminium 7050. Après avoir répertorié et reproduit les défauts de surface fréquemment observés sur les pièces industrielles, une campagne d’essais de fatigue en flexion plane est réalisée. Différents états de surface sont générés sur la surface d’un nombre suffisant de lots d’éprouvettes. Les premières caractérisations d’intégrité de surface réalisées tendent à montrer que l’effet de l’usinage sur les contraintes résiduelles et l’écrouissage est peu marqué dans nos conditions. Seul l’aspect géométrique des surfaces étudiées est donc considéré dans ce travail. L’objectif est dans un premier temps de hiérarchiser les défauts de surface en fonction de leur impact sur la tenue en fatigue tout en fixant des critères discriminants qui spécifient leur acceptabilité. Les résultats montrent qu’il est nécessaire de dégrader de manière importante l’état de surface pour observer un abattement de la tenue en fatigue. Par ailleurs, on constate bien que l’opération de ponçage manuelle permet de supprimer l’effet des défauts d’usinage sur le comportement en fatigue. Afin de prédire l’effet de l’état de surface sur la tenue en fatigue, une approche numérique est également développée. La topologie de surface est caractérisée expérimentalement pour être introduite dans un modèle éléments finis. La localisation de l’amorçage observée numériquement est en accord avec l’expérience. Les prédictions de différents critères en fatigue sont discutées sur une large gamme de défaut de surface

The effect of machining defects on the fatigue behaviour of the Al7050 alloy

During the High Speed Machining (HSM) of aircraft components, geometrical defects, such as mismatches or chatters, can be created. To obtain a high surface quality, an expensive manual grinding operation is systematically done to remove these defects. The aim of this study is to identify the impact of HSM defects on the fatigue behaviour of the aluminium alloy Al7050. After listing and reproducing the most frequently observed surface defects, fatigue tests are conducted under fully reversed plane bending loads. Investigations carried out in previous work showed that residual stresses and the strain hardening introduced by machining under these conditions can be neglected. Therefore, only the geometric aspect of the surface integrity is considered in this study. The results show that the fatigue strength decreases only when the surface roughness is significantly degraded. It is also pointed out that manual grinding allows the effect of the machining defects to be removed from the fatigue behaviour. In order to predict the influence of the surface condition on the fatigue behaviour, a numerical approach based on the real surface topology is also developed. Crack initiation sites that are numerically identified are in agreement with experimental results. Numerical simulation results are compared to the predictions of different fatigue criteria from the literature and discussed over a wide range of surface defects

The influence of machined topography on the HCF behaviour of the Al7050 alloy

The aim of this study is to identify the impact of High Speed Machining defects on the fatigue behaviour of the Al7050 aluminium alloy. A vast experimental campaign under fully reversed plane bending loads containing different surface states has been undertaken to characterize the effect of the surface topography on the fatigue behaviour. The results show that the fatigue strength decreases only when the surface roughness is significantly degraded. It is also pointed out that manual grinding eliminates the effect of the machining defects on the fatigue behaviour. In order to predict the influence of the surface condition on the fatigue behaviour, a numerical approach based on the real surface topology has been developed. It is shown that the numerically identified crack initiation sites are in agreement with the experimental results. A probabilistic approach based on the weakest link concept, associated with the definition of a stress based crack initiation threshold has been integrated in a FE model. This approach leads naturally to a probabilistic Kitagawa type diagram, which in this case explains the relationship between the size defect and the scale effect on the fatigue strength