|
|
Vliv směrovosti struktury na únavové vlastnosti tvářené Al slitiny.
Jíša, David ; Mazal, Pavel (oponent) ; Liškutín, Petr (vedoucí práce)
Hlavním cílem práce je posouzení vlivu směrovosti struktury na vybrané únavové vlastnosti tvářené hliníkové slitiny 6082/T6. Největší pozornost je věnována studiu vlivu směrovosti materiálu na kinetiku šíření krátkých únavových trhlin. Měření růstu krátkých trhlin bylo provedeno na válcových vzorcích. Vzorky byly vyrobeny s dvěma různými směry osy zatěžování; ve směru rovnoběžném se směrem tváření (L) a ve směru kolmém na směr tváření (T). Pro cyklování byl použit zkušební stroj MTS 880. Vzorky byly cyklovány při dvou různých hodnotách konstantní amplitudy napětí. Cyklické zatěžování bylo systematicky přerušováno za účelem měření délek trhlin pomocí světelného mikroskopu. Pro další posouzení vlivu směrovosti struktury byly provedeny tahové zkoušky, sestavení křivek cyklického zpevnění-změkčení, pozorování mikrostruktury, pozorování povrchu materiálu, měření mikrotvrdosti a fraktografický rozbor lomových ploch. U některých z těchto měřených veličin nebyl vliv směrovosti struktury vůbec patrný (mikrotvrdost, křivky únavové životnosti, Youngův modul pružnosti). V jiných případech je vliv směrovosti měřitelný, avšak nevýrazný (mez kluzu, mez pevnosti, cyklické křivky zpevnění-změkčení, kinetika růstu krátkých trhlin). Lze tedy konstatovat, že materiál přes svou výraznou směrovost mikrostruktury, ukazuje poměrně izotropní mechanické chování.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
ÚNAVOVÉ CHARAKTERISTIKY MODIFIKOVANÝCH HOŘČÍKOVÝCH SLITIN PO KOROZNÍ DEGRADACI
Němcová, Aneta ; Očenášek, Vladivoj (oponent) ; Hadzima, Branislav (oponent) ; Pacal, Bohumil (vedoucí práce)
Předložená disertační práce se zabývá posouzením vlivu povrchového zpracování plazmatickou elektrolytickou oxidací (PEO) na únavové chování protlačované hořčíkové slitiny AZ61 na vzduchu a v prostředí 3,5% roztoku NaCl. Povrchové zpracování probíhalo v elektrolytu na bázi křemičitan-fosforečnanu při použití zdroje střídavého proudu a frekvence 50 Hz. Vliv proudové hustoty na tvorbu povlaku byl zkoumán při hodnotách 70, 130 a 200 mA cm–2 v časech do 1800 s. Pro posouzení vlivu fluoridových iontů bylo do elektrolytu přidáno 8 g dm-3 KF. Fluorid draselný působil jako inhibitor lokální oxidace v počáteční fázi zpracování, ke které docházelo v blízkosti sekundárních fází Al–Mn. Rovněž přítomnost fluoridu způsobila modifikaci charakteru jiskření, snížení rychlosti tvorby povlaku a změnu morfologie povlaku při malém vlivu na tvrdost povlaku a korozní odolnost slitiny v průběhu expozice v solné mlze. Pro testování vlivu únavového chování experimentální slitiny byl na základě optimalizace zvolen povlak vytvořený v čase 300 s při proudové hustotě 130 mA cm-2 v elektrolytu s přidaným KF. Měření vysokocyklové únavy bylo provedeno na válcových zkušebních tyčích v režimu řízeného zatížení s využitím míjivého zátěžného cyklu v tahu s parametrem asymetrie R=0. Proložením experimentálních dat regresní funkcí Kohout & Věchet byla stanovena horní mez únavy hC slitiny bez povlaku na vzduchu pro 107 cyklů 145,4 MPa a kombinace PEO povlaku s chloridovými ionty způsobila redukci o ~55 %. Pozornost byla věnována iniciaci únavové trhliny při jednotlivých podmínkách zatěžování. Byla provedena podrobná fraktografická analýza lomových ploch včetně pozorování sekundárních trhlin na měrné délce únavových těles. V základním stavu byl potvrzen především vliv fází Al–Mn na iniciaci trhliny a přítomností chloridových iontů došlo k přispění počátku únavové trhliny vznikem lokálního korozního napadení. Cyklickým zatěžováním došlo při aplikaci PEO zpracování ke snížení kompaktnosti povlaku a k odlupování vnější vrstvy. Iniciace byla usnadněna přenášením napětí v blízkosti trhlin vznikajících v povlaku do základního materiálu způsobené dobrou adhezí povlaku.
|
|
|
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.
|
|
|
Fatigue crack initiation and growth in 316L steel in torsional cyclic loading
Karol, Michal ; Chlupová, Alice ; Mazánová, Veronika ; Kruml, Tomáš
Fatigue crack initiation and growth study in 316L austenitic stainless steel was made in cyclic\ntorsion. The experiments on hollow cylindrical specimens were performed at room temperature using fully reversed shear strain controlled cycles. The specimens used were polished mechanically and electrolytically to enable surface damage and crack propagation observation using optical light microscope, SEM. It was found that high density of extrusions and intrusions are formed on the specimen surface due to cyclic loading. TEM observations revealed that dislocation arrangement in well-known ladder-like structure is responsible for the localization of cyclic plastic deformation and for the origin of surface roughness in which the fatigue crack nucleate. The path of fatigue cracks leading to failure was observed, too. The crack path\nwas found to be dependent upon the applied shear strain amplitude.
|
|
|
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.
|
|
|
ÚNAVOVÉ CHARAKTERISTIKY MODIFIKOVANÝCH HOŘČÍKOVÝCH SLITIN PO KOROZNÍ DEGRADACI
Němcová, Aneta ; Očenášek, Vladivoj (oponent) ; Hadzima, Branislav (oponent) ; Pacal, Bohumil (vedoucí práce)
Předložená disertační práce se zabývá posouzením vlivu povrchového zpracování plazmatickou elektrolytickou oxidací (PEO) na únavové chování protlačované hořčíkové slitiny AZ61 na vzduchu a v prostředí 3,5% roztoku NaCl. Povrchové zpracování probíhalo v elektrolytu na bázi křemičitan-fosforečnanu při použití zdroje střídavého proudu a frekvence 50 Hz. Vliv proudové hustoty na tvorbu povlaku byl zkoumán při hodnotách 70, 130 a 200 mA cm–2 v časech do 1800 s. Pro posouzení vlivu fluoridových iontů bylo do elektrolytu přidáno 8 g dm-3 KF. Fluorid draselný působil jako inhibitor lokální oxidace v počáteční fázi zpracování, ke které docházelo v blízkosti sekundárních fází Al–Mn. Rovněž přítomnost fluoridu způsobila modifikaci charakteru jiskření, snížení rychlosti tvorby povlaku a změnu morfologie povlaku při malém vlivu na tvrdost povlaku a korozní odolnost slitiny v průběhu expozice v solné mlze. Pro testování vlivu únavového chování experimentální slitiny byl na základě optimalizace zvolen povlak vytvořený v čase 300 s při proudové hustotě 130 mA cm-2 v elektrolytu s přidaným KF. Měření vysokocyklové únavy bylo provedeno na válcových zkušebních tyčích v režimu řízeného zatížení s využitím míjivého zátěžného cyklu v tahu s parametrem asymetrie R=0. Proložením experimentálních dat regresní funkcí Kohout & Věchet byla stanovena horní mez únavy hC slitiny bez povlaku na vzduchu pro 107 cyklů 145,4 MPa a kombinace PEO povlaku s chloridovými ionty způsobila redukci o ~55 %. Pozornost byla věnována iniciaci únavové trhliny při jednotlivých podmínkách zatěžování. Byla provedena podrobná fraktografická analýza lomových ploch včetně pozorování sekundárních trhlin na měrné délce únavových těles. V základním stavu byl potvrzen především vliv fází Al–Mn na iniciaci trhliny a přítomností chloridových iontů došlo k přispění počátku únavové trhliny vznikem lokálního korozního napadení. Cyklickým zatěžováním došlo při aplikaci PEO zpracování ke snížení kompaktnosti povlaku a k odlupování vnější vrstvy. Iniciace byla usnadněna přenášením napětí v blízkosti trhlin vznikajících v povlaku do základního materiálu způsobené dobrou adhezí povlaku.
|
host ::
RSS.