|
|
Využití techniky orientovaných fólií v TEM
Buček, Petr ; Kruml, Tomáš (oponent) ; Petrenec, Martin (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývala využitím metody orientovaných fólií v transmisní elektronové mikroskopii. S použitím této metody byly identifikovány dislokační struktury v obou fázích, pro dvě amplitudy plastické deformace ap, cyklicky zatěžované polykrystalické austeniticko-feritické korozivzdorné oceli SAF 2507. Byly také určeny osy zatěžování jednotlivých zrn a hodnoty Schmidových faktorů aktivních skluzových systémů. V austenitické fázi byla určena planární struktura pro obě ap. Ve feritických zrnech se dislokační uspořádání lišila pro dvě pozorované amplitudy ap. U nižší ap=1x10-4 se nacházely volné šroubové dislokace a nakupení hranových dislokací zatímco u vyšší ap=2x10-3 bylo dislokační struktura tvořena směsí žil a stěn. Pozorované dislokační struktury byly diskutovány s cyklickou plastickou odezvou duplexní oceli.
|
|
|
Tahové a únavové zkoušky tenkých vláken a fólií
Štěrbáček, Jaroslav ; Liškutín, Petr (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
Na Ústav fyziky materiálů, AVČR v.v.i. byl zakoupen zkušební stroj MTS Tytron 250 s originální konstrukcí. Cílem této diplomové práce bylo seznámit se s jeho ovládáním a zjistit jeho výhody i limity. Byly provedeny tahové zkoušky na Al vláknech o průměrech 125 mikrometrů, 180 mikrometrů a 500 mikrometrů na nylonových vláknech o průměrech 250 mikrometrů a 500 mikrometrů a tahové a únavové zkoušky na Al fóliích o tloušťce 77 mikrometrů. Bylo zjištěno, že stroj je vhodný pro testování zejména jednak subtilních vzorků s velmi malými zátěžnými silami a jednak vzorků s malou tuhostí, jako jsou polymery anebo velmi dlouhá kovová či keramická vlákna. Naopak, stroj Tytron není schopen deformovat vzorky s vysokou tuhostí a s vyššími zátěžnými silami. Materiálové charakteristiky studovaných vzorků byly změřeny s vysokou reprodukovatelností. Výhody a omezení několika způsobů uchycování miniaturních vzorků do čelistí byly také studovány.
|
|
|
Strukturní a mechanické charakteristiky niklových litin s kuličkovým grafitem
Tesařová, Hana ; Kohout, Jan (oponent) ; Kruml, Tomáš (oponent) ; Konečná,, Radka (oponent) ; Pacal, Bohumil (vedoucí práce)
Práce se zabývá posouzením vlivu niklu na strukturu a mechanické vlastnosti litin s kuličkovým grafitem (dále LKG) s feritickou a bainitickou matricí. Ke studii vlivu niklu byly použity dvě tavby volně litých klínů legované 0,5 a 2,7 % niklu, na nichž bylo pomocí obrazové analýzy provedeno kvantitativní vyhodnocení struktury a byly stanoveny základní mechanické charakteristiky. Následně byla provedena optimalizace doby dvoustupňového feritizačního žíhání a izotermického zušlechťování při teplotě 375 °C pro obě LKG, s cílem získání optimální feritické a bainitické struktury s nejvhodnějšími statickými a dynamickými mechanickými vlastnostmi. Vliv niklu přispívá, po feritizačním žíhání k substitučnímu zpevnění matrice, které pozitivně ovlivňuje její pevnostní vlastnosti. Přítomnost niklu u izotermického zušlechťování způsobuje posun dob transformací k delším časům, což má za následek méně karbidů a větší množství stabilizovaného austenitu, jak bylo potvrzeno pozorováním na transmisním elektronovém mikroskopu. Na optimalizovaných strukturách LKG byly následně provedeny zkoušky tahem a zkoušky nízkocyklové únavy při 23 °C a – 45 °C při stejných rychlostech deformace. Na začátku průběhu tahových křivek deformace-napětí u obou LKG docházelo k mikroplastické deformaci matrice při napětích nižších, než je smluvní mez kluzu, díky vrubovému účinku grafitických nodulí. Použitý Hollomonův vztah dobře popisoval jednotlivé úseky tahových křivek obou LKG včetně jejich srovnání. Ze zkoušek nízkocyklové únavy byly získány křivky cyklického zpevnění-změkčení, průběh modulů a parametrů tvaru hysterézních smyček, cyklické deformační křivky a křivky únavové životnosti. V průběhu cyklického zatěžování u bainitické LKG byl zjištěn úbytek stabilizovaného austenitu pomocí neutronové difrakce a vývoj povrchového reliéfu. Na základě těchto výsledku byla detailně popsána jak cyklická plasticita v relaci k lokalizaci deformace, tak i únavový degradační mechanismus LKG.
|
|
|
Vývoj metodiky nanoobrábění při studiu mechanických vlastností tenkých vrstev pomocí fokusovaných iontových svazků
Kuběna, Ivo ; Švejcar, Jiří (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
Hlavním obsahem této diplomové práce je vytvoření metodiky přípravy mikrokompresních vzorků z tenké kovové vrstvy připravené metodou PVD. Testovaný materiál byl připraven firmou ON Semiconductor Rožnov pod Radhoštěm. Studovaná vrstva měla složení Al-1,5 hm% Cu a je používaná pro vodivé spoje na integrovaných obvodech. Na křemíkový substrát je nejprve napařena mezivrstva se složením W-10 hm% Ti pro lepší adhezi testované vrstvy. Geometrie vzorku by se měla co nejvíce blížit rotačnímu válci, jehož výška je dána tloušťkou vrstvy a jehož průměr je přibližně 1 m. Pro přípravu takového mikrokompresního vzorku bylo použito přístroje Quanta 3D FEG Dual BeamTM využívajícího technologii fokusovaného iontového svazku. Experimenty na tomto přístroji byly prováděny na půdě společnosti FEI Company v Brně. Bylo připraveno 39 mikrokompresních vzorků za různých podmínek iontového odprašování. Optimalizací parametrů procesu přípravy bylo dosaženo požadované geometrie, zlepšení rovnoběžnosti stěn a rovnoměrnosti dna v blízkém okolí vzorku a jeho plynulý přechod do základního substrátu. Připravené vzorky jsou vhodné pro mikrokompresní testy, které již byly úspěšně provedeny ve spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR v Praze.
|
|
|
Měření mechanických vlastností tenkých vrstev metodou bulge test
Holzer, Jakub ; Cieslar, Miroslav (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce je dokončení přístroje Bulge test pro testování tenkých vrstev, provedení prvních testů na komerčních Si3N4 membránách a na dvojvrstvě s hliníkem. První část práce se zabývá literární rešerší prací zabývajících se metodou Bulge test a dalších metod mechanického testování tenkých vrstev. Experimentální část je zaměřena na konstrukci přístroje, metodiku vyhodnocení dat a výsledky měření. Studované vrstvy jsou vyrobeny z amorfního nitridu křemičitého, na který je v některých případech nanesena vrstva hliníku, titanu nebo Ta-B-C. Přístroj byl zkonstruován ve spolupráci s Ústavem přístrojové techniky AV ČR v. v. i. Spolehlivost a reproduktibilita zařízení byly ověřeny provedením více než 160 měření na komerčně dostupné membráně Si3N4. Dále byly provedeny zkoušky na dvouvrstvách. Změřené hodnoty Youngova modulu a reziduálního napětí byly srovnány s literaturou a s výsledky nanoindentační zkoušky. Podrobnější analýza dat pomocí metody konečných prvků je v současnosti vyvíjena ve spolupráci s kolegy z Ústavu fyziky materiálů. Bylo prokázáno, že metoda Bulge test a zkonstruovaný přístroj jsou vhodné pro měření některých mechanických vlastností tenkých vrstev.
|
|
|
Damage mechanisms in multiaxial fatigue
Poczklán, Ladislav ; Kunz,, Ludvik (oponent) ; Spätig, Philippe (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
The manuscript is focused on multiaxial fatigue of austenitic stainless steel 316L. The material was cyclically tested in tension/compression and pure torsion as well as in two multiaxial modes formed by their in-phase and 90° out-of-phase combination. All tests were performed in total strain-controlled mode at ambient temperature. Results of fatigue tests suggest that cycling in tension/compression mode causes the fastest crack growth rate and the shortest fatigue life. Torsional mode, on the contrary, led to the slowest propagation of fatigue cracks and the longest fatigue lives. Both multiaxial modes proved to be comparably damaging. Two aspects of microstructural changes were studied in detail: developed dislocation structures and strain-induced martensitic transformation. Electron microscopy was utilized for analyzing both features. In in-phase and both uniaxial modes similar dislocation structures distinguished from those observed in out-of-phase mode were formed which results in the distinct mechanical response observed in the case of out-of-phase loading path. The stability of austenite during cycling was dependent on the loading mode and strain amplitude. The distribution of induced martensite in torsional and out-of-phase modes was strongly heterogeneous. Measuring its content on the outer surface with the Feritscope may give misleading results in some cases. The lowest amount of martensite was observed in tension/compression mode. The endurance against fatigue fracture as well as the tilt angle of the fatigue crack path were predicted using models based on the critical plane approach. The number of cycles to failure was predicted the most precisely by the criterion proposed by Fatemi and Socie. The Smith-Watson-Topper yielded the best predictions of the fatigue crack orientation. The analysis proposed by Polák and the method using the plastic part of the J-integral were applied to investigate the crack growth kinetics. The later approach provided a versatile description of the crack growth rate under all loading paths except out-of-phase mode.
|
|
|
High Temperature Deformation Mechanisms
Heczko, Milan ; Gröger,, Roman (oponent) ; Spätig, Philipp (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
Two advanced highly-alloyed austenitic steels based on the Fe-Ni-Cr matrix were studied in conditions of low cycle fatigue both at room and elevated temperature. Extensive set of experimental and characterization tools was used for the investigation of inter-related effects of alloys composition, microstructure, deformation mechanisms and overall material response under load. Key mechanisms and factors determining mechanical properties and performance in the service were analysed and discussed in the relation to the materials design. • Standard fatigue experiments were performed at room temperature and at 700°C. Cyclic hardening/softening curves, cyclic deformation stress-strain curves, Coffin-Manson and Wöhler fatigue life curves were determined. • Various characterization techniques of electron microscopy were used to study changes of the microstructural state of the alloys due to the cyclic loading at room and elevated temperatures. • Fatigue behaviour, strength and cyclic plastic response of studied materials were explained in relation to the microstructure and microstructural aspects of deformation mechanisms both at room and elevated temperatures. • It was found that Sanicro 25 exhibits the highest high temperature strength of all alloys from the same class. Its extraordinary properties are related to the two nanoparticle populations, Cu-rich coherent precipitates and dispersoid-like MX nanoparticles, which play fundamental role in the determination of strength and overall cyclic response. As a result of pinning effects and associated obstacles, dislocation motion in this alloy is significantly retarded preventing formation of substructures with lower stored internal energy. With recovery heavily suppressed, forest dislocation strengthening supported by precipitation and solid solution hardening, leads to the remarkable increase of cyclic strength at elevated temperatures.
|
|
|
Early Stages of Fatigue Damage of Steels for Fusion Energetics
Kuběna, Ivo ; Spätig, Philippe (oponent) ; Lukáš, Petr (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
The main aim of the thesis is to explain fatigue behaviour of the ODS Eurofer steel, 14Cr ODS ferritic steel produced in the CEA (Commissariat a l’énergie atomique, Saclay, France) and 14Cr ODS ferritic steel produced in the EPFL (École Polytechnique Fédérale de Laussane, Switzerland). The results are compared with non–ODS variant of Eurofer steel, if possible. This work is part of a wide collaboration coordinated by the EFDA (European Fusion Development Agreement) on development of structural materials for future fusion reactors. The following experiments were carried out: • Standard fatigue experiments were performed at room temperature, at 650 and at 750 . Cyclic hardening/softening curves, cyclic deformation stress–strain curves, Coffin–Manson curves and Wöhler curves were measured. Detailed analysis of hysteresis loops was performed. • The microstructure of the as–received state was studied by TEM and compared with the microstructure after fatigue loading in order to reveal microstructural changes due to fatigue loading. • Surface roughening due to cyclic plastic localisation was observed. Crack initiation sites were detected and the mechanism of crack initiation was analysed. • Kinetics of small fatigue crack growth was measured. It was found that fine oxide dispersion strengthens studied materials significantly, reduces cyclic softening and stabilises the microstructure in the whole range of testing temperatures. The maximum application temperature is increased. Significant differences in fatigue life of the ODS steels were found and explained by differences in crack initiation mechanisms and small fatigue crack growth rate.
|
|
|
Estimation of mechanical parameters of thin films using finite element analysis
Tinoco Navaro, Hector Andres ; Holzer, Jakub ; Pikálek, Tomáš ; Buchta, Zdeněk ; Lazar, Josef ; Chlupová, Alice ; Kruml, Tomáš ; Hutař, Pavel
This study shows a methodology to estimate mechanical parameters of thin films by means of a bulge\ntest and a numerical approach. The methodology is based on the combination of finite element analysis with a\nclassical analytical method. Finite element modelling was conducted for monolayer (Si3N4) membranes of 2x2mm\nwith the aim to approximate both the load-deflection curves experimentally measured and the classical loaddeflection\nanalytical model. Error functions were constructed and minimized to delimit a coupled solution space\nbetween Young’s modulus and Poison’s ratio. In a traditional bulge test analysis only one of the elastic properties\ncan be determined due to that there is not unique solution in the estimations of these parameters. However, both\nelastic parameters were determined through the proposed numerical procedure which compares the deformed\nsurfaces for a specific set of optimal elastic parameters computed. Results shows that the estimated elastic\nproperties agree with corresponding values determined by other methods in the literature
|
|
|
High Temperature Deformation Mechanisms
Heczko, Milan ; Gröger,, Roman (oponent) ; Spätig, Philipp (oponent) ; Kruml, Tomáš (vedoucí práce)
Two advanced highly-alloyed austenitic steels based on the Fe-Ni-Cr matrix were studied in conditions of low cycle fatigue both at room and elevated temperature. Extensive set of experimental and characterization tools was used for the investigation of inter-related effects of alloys composition, microstructure, deformation mechanisms and overall material response under load. Key mechanisms and factors determining mechanical properties and performance in the service were analysed and discussed in the relation to the materials design. • Standard fatigue experiments were performed at room temperature and at 700°C. Cyclic hardening/softening curves, cyclic deformation stress-strain curves, Coffin-Manson and Wöhler fatigue life curves were determined. • Various characterization techniques of electron microscopy were used to study changes of the microstructural state of the alloys due to the cyclic loading at room and elevated temperatures. • Fatigue behaviour, strength and cyclic plastic response of studied materials were explained in relation to the microstructure and microstructural aspects of deformation mechanisms both at room and elevated temperatures. • It was found that Sanicro 25 exhibits the highest high temperature strength of all alloys from the same class. Its extraordinary properties are related to the two nanoparticle populations, Cu-rich coherent precipitates and dispersoid-like MX nanoparticles, which play fundamental role in the determination of strength and overall cyclic response. As a result of pinning effects and associated obstacles, dislocation motion in this alloy is significantly retarded preventing formation of substructures with lower stored internal energy. With recovery heavily suppressed, forest dislocation strengthening supported by precipitation and solid solution hardening, leads to the remarkable increase of cyclic strength at elevated temperatures.
|
host ::
RSS.