|
|
Short Crack Growth in Materials for High Temperature Applications
Mazánová, Veronika ; Obrtlík, Karel (oponent) ; Krupp, habil Ulrich (oponent) ; Polák, Jaroslav (vedoucí práce)
: Advanced highly-alloyed austenitic stainless steel Sanicro 25 based on Fe-Ni-Cr matrix was studied under the conditions of low cycle fatigue at room temperature and at elevated temperature of 700 °C. Several state-of-the-art experimental techniques were used to investigate the mutual effects of alloy composition, microstructural changes and deformation mechanisms, which determine the overall damage resistance of the material. The main effort has been focused on the fatigue crack initiation and the short crack growth, two stages which play an essential role in the resulting fatigue life of the material in the service. • The internal deformation mechanisms were correlated with the evolution of the surface relief in the form of persistent slip markings. It was found that the high planar character of the dislocation slip causes the high cyclic plastic strain localization into the persistent slip bands and thus the early Stage I crack nucleation associated with the presence of the persistent slip markings in all studied samples. The twin boundary cracking was found to be related to the presence of the persistent slip marking along the surface trace of twin boundary as well. • The intergranular crack initiation was observed only rarely at high strain amplitude loading. It was found to be related to the presence of the persistent slip markings at the grain boundary. Owing to high number of local incompatibilities at the grain boundary caused by the shape of the persistent slip markings the grain boundary cracks under the external tensile loading. • The crack growth mechanisms of natural short cracks were studied on the samples subjected both to low and high strain amplitude cycling. The role of microstructure was analysed using experimental techniques and discussed. • The crack growth rates of the longest cracks were measured on the samples with a shallow notch. The results were analysed using the fracture mechanics approaches based both on amplitude of KI and of J-integral as well as on the plastic strain amplitude. All approaches were discussed in the relation to the Manson-Coffin fatigue life curve. The simple power law of the short crack growth based on the plastic strain amplitude shows very good correlation to the fatigue life law. • In the case of cycling at elevated temperature the role of oxidation was studied. The brittle cracking of the oxidized grain boundaries was found to play a major role in the early stages of crack nucleation. Later the crack growth path changes to be preferentially transgranular. The crack growth path is very similar to that studied in room temperature cycling.
|
|
|
Low cycle fatigue behaviour and fatigue crack initiation in MAR-M247 at 700 °c
Šulák, Ivo ; Obrtlík, Karel ; Hrbáček, K.
The second generation nickel-based superalloy MAR-M247 offersa satisfying combination of fatigue and creep properties and oxidation and corrosion resistance that arerequired for application at elevated temperatures in hostile environments. The microstructure consists mainly oftheface centred cubic γ matrix and ordered γ ́ strengthening precipitates (L12crystal structure). The present work focuses on low cycle fatigue (LCF) behaviour of polycrystalline nickel-based superalloy MAR-M247 at high temperature. LCF tests were conducted on cylindrical specimens in symmetrical push-pull cycle under strain control with constant total strain amplitude and strain rate at 700 °C in ambientair. Cyclic stress-strain curvesand fatigue life curves in the representation ofplastic strain amplitude vs. stress amplitude andstress amplitude vs. the number of cycles to failure, respectively,were plotted and compared with data obtained on Inconel 713LC. Special attention waspaid to the investigation of crack initiation in MAR-M247 during low cycle fatigue. Crack initiation sites were studied by means of scanning electron microscopy (SEM) in dual beam microscope TESCAN LYRA 3 XMU FESEM equipped with focus ion beam (FIB). Specimens’ surface observations revealed the formation of pronounced surface relief indicating localisation of plastic deformation.Observations in transmission electron microscope (TEM)confirmed localisation of cyclic plastic deformation in persistent slip bands along {111} slip planes. Fractographic analysis revealed fatigue crack initiation sites. Fatigue crack propagation in stage I was typical of smooth facets up to 500 μm long.
|
|
|
LOW CYCLE FATIGUE BEHAVIOR AND FATIGUE CRACK INITIATION IN MAR-M247 AT 700 °C
Šulák, Ivo ; Obrtlík, Karel ; Hrbáček, K.
The second generation nickel-based superalloy MAR-M247 offers a satisfying combination of fatigue and creep properties and oxidation and corrosion resistance that are required for application at elevated temperatures in hostile environments. The microstructure consists mainly of the face centred cubic γ matrix and ordered γ´ strengthening precipitates (L12 crystal structure). The present work focuses on low cycle fatigue (LCF) behaviour of polycrystalline nickel-based superalloy MAR-M247 at high temperature. LCF tests were conducted on cylindrical specimens in a symmetrical push-pull cycle under strain control with constant total strain amplitude and strain rate at 700 °C in ambient air. Cyclic stress-strain curves and fatigue life curves in the representation of plastic strain amplitude vs. stress amplitude and stress amplitude vs. the number of cycles to failure, respectively, were plotted and compared with data obtained on Inconel 713LC. Special attention was paid to the investigation of crack initiation in MAR-M247 during low cycle fatigue. Crack initiation sites were studied by means of scanning electron microscopy (SEM) in dual beam microscope TESCAN LYRA 3 XMU FESEM equipped with focus ion beam (FIB). Specimens’ surface observations revealed the formation of pronounced surface relief indicating localisation of plastic deformation. Observations in transmission electron microscope (TEM) confirmed localisation of cyclic plastic deformation in persistent slip bands along {111} slip planes. Fractographic analysis revealed fatigue crack initiation sites. Fatigue crack propagation in stage I was typical of smooth facets up to 500 μm long.
|
|
|
Fatigue Crack Initiation in Nickel-Based Superalloy MAR-M247 at High Temperature
Šulák, Ivo ; Obrtlík, Karel
The present work is focused on the study of crack initiation during low cycle fatigue (LCF) loading of the second generation nickel-based superalloy MAR-M247 treated with hot isostatic pressing. LCF tests were conducted on cylindrical specimens in symmetrical push-pull cycle under strain control with constant total strain amplitude and strain rate at 800 °C in air atmosphere. Selected specimens were electrolytically polished to facilitate surface relief observations. Crack initiation sites were studied by means of scanning electron microscopy (SEM) in dual beam microscope TESCAN LYRA 3 XMU FESEM equipped with focus ion beam (FIB). The microstructure of the material is characterised by coarse dendritic grains with numerous carbides and small casting defects. The average grain size was 2.1 ± 0.3 mm. Fractographic analysis revealed the fatigue crack initiation sites and their relation to the casting defects and material microstructure. Casting defects, carbide inclusions and interdendritic areas were found to be important crack nucleation sites. Specimens’ surface observations revealed the formation of pronounced surface relief with short worm-like markings. Fatigue crack initiation in these places is documented and discussed.
|
|
|
Effect of alloying and thermal processing on mechanical properties of tial alloys
Chlupová, Alice ; Heczko, Milan ; Obrtlík, Karel ; Beran, Přemysl ; Kruml, Tomáš
Two -based TiAl alloys with 7 at.% of Nb, alloyed with 2 at.% Mo and 0.5 at.% C, were studied. A heat treatment leading to very fine lamellar microstructure was applied on both alloys. Microstructure after the heat treatment was described and mechanical properties including fatigue behaviour were measured. The as-received material alloyed with C possesses high strength and very limited ductility, especially at RT. After application of selected heat treatment it becomes even more brittle; therefore, this process could be considered as not appropriate for this alloy. On the contrary, in the case of Mo alloyed material, both strength and ductility are improved by the heat treatment at RT and usual working temperature (~750 °C). Presence of the phase is responsible for this effect. The selected heat treatment thus can be an alternative for this alloy to other thermomechanical treatments as high temperature forging.
|
|
|
IN-SITU HIGH TEMPERATURE LOW CYCLE FATIGUE STUDY OF SURFACE TOPOGRAPHY EVOLUTION IN NICKEL SUPERALLOY
Petrenec, M. ; Polák, Jaroslav ; Šamořil, T. ; Dluhoš, J. ; Obrtlík, Karel
In-situ Low Cycle Fatigue test (LCF) at temperature 635 degrees C have been performed in Scanning Electron Microscope (SEM) equipped with Electron Backscatter Diffraction analysis (EBSD) on a small dog-bone-shaped specimen of cast Inconel 713LC superalloy. The aim of the work was to study early stage fatigue damage at high temperature by the observations of the characteristic surface relief evolution and crystallographic characterization changes by EBSD. The detail of slip bands shape was checked by FIB and AFM microscopes. The LCF test was conducted on GATAN stage with pre tilted position and constant stress amplitude of total cycle number of 20. The relief produced in the first cycle determines the other locations of the localized cyclic slip to the primary slip planes (111). The relief was modified in the next cycles but without forming additionally new slip traces in the primary system. Based on EBSD analysis before and after LCF, the orientation of two grains was changed which caused activation of second slip system. The damage mechanism evolution is closely connected with the cyclic strain localization to the persistent slip bands where the fatigue cracks were initiated.
|
|
|
Únavové chování hořčíkových slitin AZ31 a AZ61 po korozní degradaci
Horynová, Miroslava ; Vojtěch, Dalibor (oponent) ; Obrtlík, Karel (oponent) ; Podrábský, Tomáš (vedoucí práce)
Dizertační práce je zaměřená na hodnocení vlivu korozní expozice v 5% solné mlze na únavové chování slitin AZ31 a AZ61 vyrobených metodou squeeze casting. V práci je hodnocena mikrostruktura a základní mechanické vlastnosti slitin, u slitiny AZ61 je provedena optimalizace tepelného zpracování na základě mikrostrukturních a mechanických charakteristik. U všech tří typů materiálu pak byla hodnocena hloubka korozního napadení, rychlost a mechanismus koroze. Na únavových zkušebních tělesech po korozní expozici 480 a 1000 hodin byl hodnocen vliv koroze na únavové chování jednotlivých slitin srovnáním s daty získanými na hladkých zkušebních tělesech. Na hladkých únavových zkušebních tělesech i tělesech po korozní expozici byla provedena fraktografická analýza. Na závěr byl zhodnocen vliv množství a způsobu vyloučení hliníku na korozní a únavové chování testovaných slitin.
|
|
|
Současné působení únavy a creepu u Ni superslitin a slitiny TiAl
Šmíd, Miroslav ; Věchet, Stanislav (oponent) ; Kunz, Ludvík (oponent) ; Obrtlík, Karel (vedoucí práce)
Cílem této doktorské práce bylo studium vlivu 10-ti minutových prodlev na chování a vlastnosti pokročilých vysokoteplotních materiálů při nízkocyklové únavě. Experimentální materiály použité v této práce jsou litá niklová superslitina IN792-5A a litá intermetalická slitina TiAl-7Nb. Únavové zkoušky byly provedeny v řízení deformace s konstantní amplitudou celkové deformace a rychlostí deformace. Superslitina IN792-5A byla podrobena cyklickému zatěžování bez prodlev a cyklickému zatěžování s tahovými nebo tlakovými prodlevami při teplotě 800 °C. Materiál TiAl-7Nb byl cyklicky zatěžován bez prodlev a také s tahovými prodlevami při teplotě 750 °C. Byly naměřeny křivky zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Mansonovy-Coffinovy křivky a Basquinovy křivky únavové životnosti. Během prodlev byl zaznamenáván průběh relaxace napětí. Během cyklování s prodlevami byl dokumentován vývoj středního napětí. Mikrostruktura obou slitin byla studována v SEM a TEM před zatěžováním a po cyklickém zatěžování. Pozorování povrchového reliéfu odhalilo lokalizaci cyklické plastické deformace stejně jako místa iniciace únavových trhlin. Šíření únavových trhlin bylo popsáno na základě pozorování lomových ploch a podélných řezů měrné délky. Dislokační struktury vzniklé v průběhu zatěžování byly studovány a popsány.
|
|
|
Mikrostruktura, její stabilita a únavové vlastnosti ultrajemnozrnné mědi připravené metodou ECAP
Navrátilová, Lucie ; Konečná, Radomila (oponent) ; Obrtlík, Karel (oponent) ; Kunz, Ludvík (vedoucí práce)
Tato disertační práce se zabývá únavovými vlastnostmi a stabilitou struktury ultrajemnozrnné (UFG) mědi připravené intenzivní plastickou deformací metodou „equal channel angular pressing“ (ECAP). Byl sledován vliv různých zatěžovacích režimů a teplotní expozice na vývoj mikrostruktury, experimentálně byly stanoveny křivky únavové životnosti pro jednotlivé způsoby zatěžování, byla zkoumána lokalizace cyklické plastické deformace a mechanismus iniciace únavových trhlin. Z naměřených výsledků vyplývá, že při zatěžování v režimu řízené síly v symetrickém i asymetrickém cyklu si struktura zachovává ultrajemnozrnný charakter. Zatěžování v režimu řízené amplitudy plastické deformace vede k vytváření bimodální struktury. K vytváření bimodální struktury vede i teplotní zatěžování od teploty 250 °C po dobu 30 minut. Žíhání na nižších teplotách po různou dobu nevede k hrubnutí struktury. Během únavového zatěžování vzniká na povrchu zkušebních těles povrchový reliéf ve formě skluzových pásů. Pro jednotlivé způsoby zatěžování se liší jejich hustota, rozložení a tvar na povrchu zkušebních těles. Byly prokázány rozdíly v mechanismu iniciace únavových trhlin v nízkocyklové a ve vysokocyklové oblasti. Společným rysem však je, že v místě výskytu skluzových pásů ani v okolí trhlin nebylo pozorováno hrubnutí struktury.
|
|
|
Vliv plasmové nitridace na únavovou životnost vysocepevných ocelí při biaxiálním zatěžování
Major, Štěpán ; Kohout, Jan (oponent) ; Růžička,, Milan (oponent) ; Obrtlík, Karel (oponent) ; Pokluda, Jaroslav (vedoucí práce)
Tato práce se věnuje únavové životnosti vzorků, vyrobených z vysocepevné oceli s nitridovanou vrstvou a bez ní. Vzorky byly podrobeny soufázové kombinaci ohybu a krutu. Práce je zaměřena na tři druhy problémů. Za prvé byl studován vztah mezi únavovou životností a přítomností povrchové vrstvy. V této práci bylo jednoznačně prokázáno, že přítomnost povrchové vrstvy má pozitivní vliv na únavovou životnost v oblasti vysokocyklové únavy. Zároveň byla analyzována jednotlivá únavová kritéria a posuzována jejich efektivita. Nejlepší kritéria jsou Marinovo a Matakovo.Druhým cílem této práce bylo posouzení vztahu mezi součinitelem namáhání ( je amplituda ohybového namáhání a amplituda namáhání v krutu) a topografií lomového povrchu v oblasti vysokocyklové únavy. Vlastnosti lomového povrchu byly kvantifikovány pomocí množství parametrů drsnosti. Mnoho parametrů drsnosti prudce roste nad kritickou hodnotou se součinitelem namáhání zc = 0,5. Posledním cílem této práce byla fraktografická analýza trhlin typu rybí oko, které byly generovány v nitridovaných vzorcích.
|
host ::
RSS.