|
|
NEW APPROACH TO STRESS-STRAIN CURVE PREDICTION USING BALL INDENTATION TEST
Brumek, J. ; Strnadel, B. ; Dlouhý, Ivo
This work is concerned with the method for predicting stress-strain behavior of material using instrumented indentation technique. High strength low alloy steel with different thermal treatment was taken into the analysis. Heat treatment for the steel was performed to obtain different mechanical properties. Assessment of mechanical properties was done by using inverse technique of the finite element analysis. The results were confronted with conventional test parameters and prediction procedure defined such Automated Ball Indentation Technique (ABIT). Comparison of the material curves shows good agreement with tensile test properties which makes this non-destructive method suitable for industrial application.
|
|
| |
|
|
Prediction of the Traction Separation Law of Ceramics Using Iterative Finite Element Modelling
Kozák, Vladislav ; Chlup, Zdeněk ; Padělek, P. ; Dlouhý, Ivo
Specific silicon nitride ceramics, the influence of the grain size and orientation on the bridging mechanisms was found. In ceramic matrix composites, crack-bridging mechanisms can provide substantial toughness enhancement coupled with the same and/or increased strength. The prediction of the crack propagation through interface elements based on the fracture mechanics approach and cohesive zone model is investigated. From a number of damage concepts the cohesive models seem to be especially attractive for the practical applications. Within the standard finite element package Abaqus a new finite element has been developed; it is written via the UEL (user’s element) procedure. Its shape can be modified according to the experimental data for the set of ceramics and composites. The element seems to be very stable from the numerical point a view. The shape of the traction separation law for four experimental materials is estimated via the iterative procedure based on the FEM modeling and experimentally determined displacement in indentation experiments, J-R curve is predicted and stability of the bridging law is tested.
|
|
|
Subsized Specimens for Fracture Resistance Characterisation Including Transferability Issues
Dlouhý, Ivo ; Stratil, Luděk ; Šiška, Filip
The contribution is focused on characterization of methods enabling to apply small/subsized specimens for fracture resistance characterization. The applied methods are divided into transition region and upper shelf region. The approaches used in the upper shelf region represent at the same time methods applicable for ductile materials without transition. Relating to subsized samples two basic approaches are applicable: (i) miniaturized samples based on common standard ones and (ii) specific specimens/methods, e.g. small punch test etc. The results described in the paper belong to the first group. For interpretation of data generated under low constraint conditions toughness scaling models and master curve approached are commented. In ductile region, either the sample used generate valid toughness characteristics, or, if not, there is no way how to correct measured data except damage quantification through micromechanical models.
|
|
|
Fracture Toughness of Massively Transformed and Subsequently Heat Treated TiAl Intermetallic Compound
Sakurai, K. ; Hasegawa, M. ; Dlouhý, Ivo
The effects of massive transformation and subsequent heat treatments on the microstructure of Ti-46Al-7Nb-0.7Cr-0.2Ni-0.1Si (mol%) intermetallic compounds are studied. Massive transformation occurs at the center region of the specimen by cooling from alpha single phase state. At the surface side of the specimen, alpha phase has remained. Fine convoluted microstructure with alpha 2, gamma phases and lamellar structure has formed by heating at (alpha + gamma) two phase state after massive transformation. Colony size or grain size is about 25 micrometer. Fine fully lamellar structure is obtained after heat treatment of convoluted microstructure at alpha phase for 60 s. Fracture toughness seems to be increasing with the increase in lamellar colony size. However, some massively transformed specimens show lower toughness due to the formation of microdamage present in samples before the test.
|
|
|
Crack Resistance Characterization in TiAl Intermetallics with Enhanced Toughness
Dlouhý, Ivo ; Stratil, Luděk ; Fukutomi, H. ; Hasegawa, M.
The paper is focused on the analysis of the role of lamellar microstructure in fracture performance of model TiAl intermetallic compound. Coarse lamellar colonies and, at the same time, fine lamellar morphology were prepared by compressive deformation at 1553 K (region of stable alpha phase in TiAl equilibrium diagram) followed by controlled cooling to 1473 K (region of alpha+gamma phase) with delay on this temperature and then cooling down. The fracture toughness was evaluated by means of chevron notch technique. In addition, because of enhanced toughness, crack resistance curves were obtained by load - unload technique of pre-racked beams, namely in two directions of crack propagation relative to lamellar structure. Extensive development of shear ligament toughening mechanism was observed in fracture surfaces leading to quite good fracture toughness thanks to the heat treatment applied.
|
|
|
In-situ Synthesised Intermetallic Compounds in Powder Materials
Hanusová, Petra ; Novák, Pavel (referee) ; Skotnicová, Kateřina (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
The mechanical treatment of solids is one of the most common and widely used operations. The volume of solids subjected to chemical treatment is very large too. Therefore, combining these two ways into one seems to be a logical solution. This method is called the mechanochemical processing of materials. Processing materials in this way has many advantages. On the one hand, this processing is economically as well as technologically feasible. Even the materials that not react together in conventional way can be prepare in this way. The mechanochemistry/mechanochemical synthesis utilizes the mechanical energy to activate chemical reactions and structural changes. The aluminothermic reduction reactions induced by the high – energy ball milling are gaining importance because of the potential applications like the synthesis of microcrystalline and nanocrystalline in – situ metal matrix composites. The mechanical activation of the chemical reactions by high energy ball milling often changes the reaction mechanism and produces metastable materials. Changes of reaction mechanisms during mechanical alloying on four different systems were studied. The system was based on this composition: Al - B2O3 - X (X = C, Ti, Nb, Cr). The possibility of another in – situ reactions during spark plasma sintering process (SPS) was also investigated. All systems were mechanically alloyed under the same conditions. After alloying, on each system scanning electron microscopy was performed and qualitative and quantitative analysis was performed using X-ray diffraction. The indentation hardness and the indentation modulus of elasticity were evaluated using nanoindentation. All analyzes were performed after mechanical alloying as well as SPS and the results were compared to each other. Based on the results, a change of reaction mechanisms was proposed for all systems. It has been found that metal matrix composites are formed and, when chromium is used, hybrid composite material reinforced with intermetallic phase and aluminum borate has been developed.
|
|
|
COATING OF CR-V LEDEBURITIC TOOL STEEL WITH CrAgN
Jurči, P. ; Krum, S. ; Dlouhý, Ivo
The Vanadis 6 tool steel has been coated with CrN, doped with small silver addition, by reactive magnetron sputtering. Some of coated specimens were subsequently vacuum annealed at 500 degrees C. The microstructure of film has been investigated on fracture surfaces of samples. Adhesion was evaluated by scratch-test. Wear resistance was measured using a pin-on-disc method, against alumina and 100Cr6 balls, at ambient and elevated temperatures. Experimental results have shown that the CrN-layers with an addition of 3%Ag have grown in a columnar manner. The addition of small amount of silver makes the adhesion on the substrate better. At an ambient temperature, no positive effect of the Ag-addition to the wear characteristics was found. But, in the testing temperature range 400 - 500 degrees C, significant lowering of friction coefficient and improvement of wear resistance were recorded. This can be attributed to the transport of Ag towards the surface, and thereby reduced friction force.
|
|
|
Metal Matrix Composites Prepared by Powder Metallurgy Route
Moravčík, Igor ; Lapin, Juraj (referee) ; Skotnicová, Kateřina (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
Ve všeobecnosti, poznatky o design slitin, jejich výrobě a výběru legujúcich prvků sú omezené na slitiny s jedním základním prvkem. Tento fakt ale výrazně limituje možnosti a volnost výběru prvků pro dosáhnuti speciálních vlastností a mikrostruktur. V poslední dekádě se ukázalo, že materiálová věda a inženýrství nejsou ještě zdaleka prozkoumané v důsledku objevu nové třídy materiálů nazvané vysoko entropické slitiny (HEA high entropy alloys). Jejich objev upoutal pozornost vědecké komunity. Základní koncept pro jejich design je, že namísto jednoho, nebo dvou základních prvků obsahují minimálně 5 prvků v podobných atomových koncentracích. V posledních letech se objevila skupina materiálů odvozená od HEA, nazvaná slitiny so střednou entropii (MEA medium entropy alloys). Na rozdíl od HEA ale obsahují 3, nebo 4 prvky. Táto práce je věnovaná studiu přípravy a charakterizaci HEA, MEA a jejich kompozitů s pomocí metod práškové metalurgie. V této práci byli dohromady zkoumány tři kompozice: AlCoCrFeNiTi0.5, Co1.5Ni1.5CrFeTi0.5 a CoCrNi, kompozity s kovovou matricí (MMC metal matrix composites) vyztužené částicemi B4C s CoCrNi jako matricí. Hloubková mikrostrukturní a mechanická analýza těchto materiálů byla provedena pomoví metod rastrovací a transmisní elektronové mikroskopie spojené s tahovými a ohybovými zkouškami. V průběhu celé studie se objevovaly problémy s kontaminací kyslíkem, co se projevilo vznikem značného množství oxidů v připravených materiálech. U Slitiny AlCoCrFeNiTi0.5 byla naměřena tvrdost přesahující 800 HV. Její houževnatost ale byla velice omezena. V její mikrostruktuře byly identifikovány částice in-situ TiC v důsledku přítomnosti organického, anti-aglomeračního činidla (metanolu) v mlecí misce. Tato reakce může být použita v budoucnu k přípravě MMC se záměrnou disperzí TiC. Na druhé straně, slitina CoCrNi ukázala vysoké hodnoty tažnosti (26%) a meze pevnosti přes 1000 MPa. Mikrostruktura obsahovala majoritní FCC fázi s BCC precipitáty. Tahle slitina byla z důvodu vysoké tažnosti zvolena pro přípravu kompozitu s výztuží B4C. V průběhu slinování ale došlo k reakci mezi přítomným Cr a B4C, které výsledkem byl Cr5B3 borid. Tento kompozit mel pevnost v tahu 1400 MP a extrémne jemnozrnnou strukturu. Celková tažnost ale klesla na 1.9 %. Slitina AlCoCrFeNiTi0.5, která mela strukturu složenou jen z FCC tuhého roztoku dosáhla nejlepší kombinaci mechanických vlastností s pevností přesahující 1300 MPa a dostatečnou tažností 4%. Prášková metalurgie se ukázala jako vhodná metoda pro přípravu HEA a MEA slitin a jejich kompozitů, s dobrou kombinací pevnosti a tažnosti. Tato metoda dovoluje měnit mikrostrukturní parametry připravených materiálů jednoduchou úpravou parametrů procesu.
|
|
|
Fracture Behaviour of Steels and Their Welds for Power Industry
Al Khaddour, Samer ; Kohout, Jan (referee) ; Válka, Libor (referee) ; Dlouhý, Ivo (advisor)
Práce byla zaměřena na ověření platnosti koncepce master křivky pro hodnocení heterogenních svarových spojů, resp. teplotně stárnutých svarů. Současně bylo cílem disertace vyvinout kvantitativní model pro predikci referenční teploty lokalizující tranzitní oblast na teplotní ose za použití dat získaných z tahové zkoušky, a to za použití metody umělých neuronových sítí. Studie je současně zaměřena na heterogenní svarový spoj připravený tavným svařováním. Je zacílena na hodnocení lomového chování v tranzitní oblasti nejméně odolné části svaru, tj. tepelně ovlivněné zóny ferritické oceli v blízkosti zóny natavení s vysokolegovaným materiálem. Pro predikci referenční teploty master křivky je použita zmíněná metoda neuronových sítí, a to za použití dat z tahových zkoušek a měření tvrdosti. Predikovaná referenční teplota byla ověřována na základě výsledku experimentálních měření. Vytvoření modelu za použití neuronových sítí vyžaduje dostatečné množství dat a není vždy snadno tuto podmínku splnit. V případě sledovaného problému to znamenalo použití dat z dostatečně věrohodných zdrojů (skupiny Křehký lom ÚFM AVČR) a se známou metalurgickou historií. Smysl práce je tak možno spatřovat ve vývoji modelu neuronové sítě, která bude dostatečně přesně predikovat referenční teplotu. Celkově byla pro tyto účely použita data z 29 nízkolegovaných ocelí. Pro účely vývoje byly použity kromě hladkých zkušebních tyčí, rovněž tahové zkoušky s obvodovým vrubem testované při kritické teplotě křehkosti (mez makroplastických deformací) a při teplotě pokojové. Při tvorbě modelu byla postupně v různých kombinacích využita všechna data z uvedených zkoušek. Studie ukázala, že referenční teplota charakterizující tranzitní chování lomové houževnatosti oceli s převažující feritickou strukturou je jedinečným parametrem predikovatelným na základě vybraných charakteristik tahových zkoušek.
|
guest ::
RSS feed.