|
|
Surface relief evolution in cast superalloy In738LC fatigued at room temperature
Samek, Petr ; Obrtlík, Karel (referee) ; Juliš, Martin (advisor)
Low cycle fatigue is an important valving parameter of materiale which are exposed random alternate strain during their operation. The alternate strain in that material is caused by temperature fluctuations during operation and outages such as aircraft engines. Tests of low cycle fatigue were performed on samples of superalloy Inconel 738LC at stable room temperature at 23°C. The actual experiment took place at certain intervals, consisting of cycling itself, and observing changes in surface relief by light and electron microscopy. There was observed significant surface relief at an early stage of low cycle fatigue. We compared results of measurement with other different observation methods.
|
|
|
Fatigue behaviour of nickel-based superalloy IN738LC with AlSi coating at 800°C
Hlavnička, Radek ; Juliš, Martin (referee) ; Hutařová, Simona (advisor)
This work deals with influence of applied protective AlSi layer on low cycle fatigue behaviour of substrate from nickel base superalloy Inconel 738 LC. Protective layer is made by thermal spraying, plasma spraying followed by heat treatment. The emphasis is especially concentrated to the microstructure evaluation of the protect layer and basic material, in addition, measurement of layer thickness and the microhardness in as sprayed conditions and after heat treatment. The fatigue behaviour is assessed by fracture area observation and fatigue cracks evaluation after low cycle fatigue tests carried out at 800 °C.
|
|
|
High Temperature Deformation Mechanisms
Heczko, Milan ; Gröger,, Roman (referee) ; Spätig, Philipp (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Dvě pokročilé vysoce legované austenitické oceli s Fe-Ni-Cr matricí byly studovány za podmínek nízkocyklové únavy jak za pokojové tak vysoké teploty. Široká škála experimentálních a charakterizačních nástrojů byla použita ke studiu vzájemně souvisejících aspektů zahrnujících chemické složení slitin, mikrostrukturu, deformační mechanismy a celkovou odezvu materiálů na externě působící zatížení. Klíčové mechanismy a faktory definující mechanické vlastnosti a výkonnost v reálném provozu byly analyzovány a diskutovány v souvislosti s materiálovým designem. • Standardní únavové experimenty byly provedeny za pokojové teploty a teploty 700°C. Byly získány křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Coffin-Manson a Wöhlerovy křivky. • Ke studiu změn mikrostrukturního stavu slitin v důsledku cyklického zatěžování za pokojové a zvýšené teploty byla použita široká škála technik charakterizace pomocí elektronové mikroskopie. • Únavové chování, pevnost a cyklická plastická odezva studovaných materiálů byla vysvětlena v souvislosti s mikrostrukturními změnami a mikrostrukturními aspekty deformačních mechanismů jak za pokojové tak za zvýšených teplot. • Bylo zjištěno, že Sanicro 25 vykazuje nejvyšší pevnostní charakteristiky ze všech materiálů stejné třídy. Výjimečné vlastnosti této slitiny jsou spojeny s populacemi dvou typů nanočástic, koherentními precipitáty bohatými na měď a nanočásticemi typu MX s charakteristikou disperzoidu. Tyto nanočástice mají klíčový vliv na pevnost a celkovou cyklickou odezvu. V důsledku interakcí s precipitáty způsobujících zachytávání je pohyb dislokací v Sanicro 25 významně zpomalen, což vede k potlačení normálních procesů zotavení obvykle vedoucích ke změně uspořádání dislokační struktury tak, aby byla celková vnitřní energie systému co nejnižší. Takové uspořádání je tvořeno například dislokačními buňkami. Jelikož jsou procesy zotavení potlačeny, dislokační struktura za vysokých teplot je charakteristická homogenní distribucí dislokací o vysoké hustotě s velkou mírou vzájemných interakcí. V kombinaci s dalšími mechanismy zpevnění jako jsou precipitáty a substituční prvky v tuhém roztoku, tyto deformační mechanismy vedou k významnému zvýšení cyklické pevnosti za vysokých teplot.
|
|
|
Low cycle fatigue of nickel superalloy IN713LC with TBC layer at high temperatures
Machala, Jan ; Čelko, Ladislav (referee) ; Juliš, Martin (advisor)
This thesis deals with the low cycle fatigue nickel-based superalloy IN713LC with applied TBC barrier at high temperature. The theoretical part is divided into four sections. The first one focuses on description of fatigue damage. The second one provides the basic characteristics of nickel-based superalloys. The third section describes the use of the surface layers - diffusion layers and thermal barriers and the fourth section deals with the influence of these layers on fatigue properties. Experimental part is focused on the evaluation of low cycle fatigue tests and on the explanation of the mechanisms of initiation and propagation of fatigue cracks. For the experimental part, fatigue samples were prepared by vacuum precision investment casting. TBC barrier was applied by atmospheric plasma spraying and consists of two sublayers - the lower metallic bond coating type CoNiCrAlY and top ceramic coating type YSZ. Low cycle fatigue tests were conducted under strain control at controlled temperature of 900 ° C. Fractographical analysis of fracture surfaces was carried out by using light and electron microscopy. Effect of applied barrier to fatigue life was determined - the parameters of Manson-Coffin and Basquin curve. A cyclic stress-strain curve was also obtained. The curves softening / hardening and number of transit cycles were determined. The obtained parameters and values from fatigue tests were compared with available data from fatigue tests of superalloy IN713LC without the layer, as applied AlSi type diffusion layer, at high temperatures. The initiation site on the fracture surfaces was determined within the fractographic evaluation and the influence of the layer on the initiation and propagation of fatigue cracks was discussed. A helpful tool was the assessment of longitudinal sections using scanning electron microscopy.
|
|
|
Computational analysis of strength and fatigue of turbine blades
Polzer, Stanislav ; Suchánek, Miroslav (referee) ; Janíček, Přemysl (advisor)
This master thesis deals with steam turbine blade attachment. Main goal is to perform strength analysis of the given geometry under static and cyclic loads by FEM and software ANSYS. Every particular model is described separately with mentioning of the problems which had to be solved. To create model of material, the tensile tests has been performed and results has been evaluate. There were planned and performed the low cycle fatigue tests to create a model of ultimate states which is used to evaluate the fatigue life of the attachment. Results of the nonlinear FEM analysis is discussed and some improvements of the geometry has been proposed to achieve better state of stress. Finally, the plan of future work has been proposed.
|
|
|
Fatigue-creep interaction in Ni superalloys and TiAl alloys
Šmíd, Miroslav ; Věchet, Stanislav (referee) ; Kunz, Ludvík (referee) ; Obrtlík, Karel (advisor)
The present doctoral thesis is focused on the effect of dwells on the low cycle fatigue behaviour of advanced high temperature materials. 10 minutes strain holds are introduced into the cyclic straining of cast Ni-based superalloy IN792-5A and cast intermetallic alloy TiAl-7Nb which were chosen as experimental material. Fatigue experiments were conducted in strain control mode with constant total strain amplitude and strain rate. IN792-5A was subjected to continuous cyclic loading test as well as fatigue tests either with tensile peak strain holds or compressive peak strain holds at temperature 800 °C. TiAl-7Nb was experimentally examined by continuous cyclic loading tests and also by fatigue test with tensile peak strain hold times at temperature 750 °C. Cyclic hardening/softening curves, cyclic stress-strain curves, Manson-Coffin curves and Basquin curves were obtained. Stress relaxation data were measured during hold times. Mean stress evolution was observed and documented. Microstructure of both alloys was observed in as-received state and also after cyclic loading by means of SEM and TEM. Surface relief investigation revealed cyclic plastic strain localisation as well as fatigue crack initiation sites. Fatigue crack propagation was described using fracture surface and longitudinal gauge section observations. Dislocation structures developed in the course of fatigue tests were studied and documented.
|
|
|
Early Stages of Fatigue Damage of Steels for Fusion Energetics
Kuběna, Ivo ; Spätig, Philippe (referee) ; Lukáš, Petr (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Hlavním cílem této práce bylo vysvětlit únavové chování ocelí ODS Eurofer, 14Cr ODS feritické oceli vyráběné v CEA (Commissariat a l’énergie atomique, Saclay, France) a 14Cr ODS feritické oceli vyráběné v EPFL (École Polytechnique Fédérale de Laussane, Switzerland). Pokud to bylo možné byly získané výsledky porovnány s ocelí Eurofer 97. Tato práce je součástí široké spolupráce, která je zaměřena na vývoj konstrukčních materiálů pro fuzní reaktory. V průběhu práce byly provedeny následující experimenty: • Standardní únavové zkoušky za pokojové teploty, při 650 a při 750 , byly získány křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Coffinovy–Mansonovy a Wöhlerovi křivky. Hysterezní smyčky byly detailně analyzovány. • Pozorování mikrostruktury výchozího stavu pomocí TEM a porovnání s mikrostrukturou po cyklickém zatížení. • Pozorování povrchového reliéfu, který vznik díky lokalizaci cyklické plastické deformace - byla odhalena místa iniciace únavových trhlin a byl analyzován mechanismus jejich vzniku. • Měření kinetiky únavových trhlin. Oxidická disperse značně zpevňuje materiály, redukuje cyklické změkčení a stabilizuje mikrostrukturu v celém rozsahu teplot. Byly nalezeny velké rozdíly v životnosti jednotlivých ocelí. Ty byly vysvětleny pomocí rozdílných mechanismů iniciace trhlin a jejich různou rychlostí.
|
|
|
Determination of Shortcut Cyclic Stress-strain Curves of Superalloy Inconel 738LC at Elevated Temperatures
Šmíd, Miroslav ; Obrtlík, Karel (referee) ; Petrenec, Martin (advisor)
Multiple step tests under cyclic strain control have been performed using cylindrical specimens of cast polycrystalline Inconel 738LC superalloy at 23, 700, 500, 800 and 900 °C in laboratory atmosphere to obtain cyclic stress-strain curves. During cyclic straining of specimen were obtained cyclic hardening-softening curves. Their progress changed with temperature and strain amplitude. Evaluated cyclic stress-strain curves are shifted to lower stresses with increasing temperature. Surface relief was observed in fatigued specimens under SEM and metalography under optic microscopy. Slip markings were studied on specimen surface fatigued at 700 °C .Stress-strain response is compared and discussed in relation to the surface observations - persistent slip markings.
|
|
|
Cyclic plasticity and low-cycle fatigue resistance of materials prepared by the ColdSpray method
Brůža, Jaromír ; Šulák, Ivo (referee) ; Zapletal, Josef (advisor)
In the theoretical part, the diploma thesis focuses on Cold spray technology and parameters affecting the efficiency and quality of deposition. Next, there is an introduction to the fatigue process of materials. The theory is concluded with a summary of the current knowledge regarding materials created by Cold spray technology in the field of fatigue. In the practical part, volumetric bodies were created from the material EN AW7075. Specimens for tensile and fatigue tests were cut from the bodies by electrosparking. From the material and powder, metallographic cuttings were created for the determination of porosity using Archimedes’ principle, hardness according to Vickers and evaluation of EDS and EBSD analysis. The basic mechanical properties were determined from the tensile tests and the Wöhler-Basquin parameters were determined from the fatigue tests along with the life curve. Subsequently, a fractographic analysis of fracture surfaces using SEM took place.
|
|
|
Fatigue resistance and mechanisms of the fatigue damage in materials for high temperatures
Petráš, Roman ; Kohout,, Jan (referee) ; Weidner, Anja (referee) ; Polák, Jaroslav (advisor)
Superaustenitická korozivzdorná ocel typu 22Cr25NiWCoCu určená pro vysokoteplotní aplikace v energetickém průmyslu byla studována za podmínek nízkocyklové únavy při pokojové a zvýšené teplotě. Jednotlivé vzorky byly podrobeny různým zátěžným procedurám, což umožnilo studium materiálové odezvy spolu s mechanismem poškození. Křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklického napětí a Coffin-Mansonovy křivky byly vyhodnoceny. Únavová životnost materiálu byla diskutována s ohledem na uplatňované mechanismy poškození, které se vyvinuly za specifických zátěžných podmínek. Standardní izotermální únavové experimenty byly provedeny při pokojové a zvýšené teplotě. Hysterezní smyčky zaznamenané během cyklického zatěžování byly analyzovány pomocí zobecněné statistické teorie hysterezní smyčky. Pro různé amplitudy napětí byla určena jak distribuce hustoty pravděpodobnosti interních kritických napětí (dále PDF), tak rovněž zjištěn její vývoj během cyklického namáhání. Zjištěné průběhy PDF byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního dislokačního uspořádání zdokumentované pro obě teploty pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) vybavené technikou fokusovaného iontového svazku (FIB), která umožnila rovněž efektivní studium nukleace povrchových únavových trhlin. Při cyklickém zatížení při pokojové teplotě byla pozorována lokalizace cyklické plastické deformace do perzistentních skluzových pásů (PSP). V místech, kde tyto PSP vystupují na povrch materiálu byly pozorovány perzistentní skluzové stopy (PSS) tvořené extruzemi a intruzemi. Postupné prohlubování intruzí, zejména na čele nejhlubší intruze, vede k iniciaci únavové trhliny. Odlišný mechanismus tvorby trhlin byl zjištěn při únavové zkoušce při zvýšené teplotě, kde zásadní roli hrál vliv prostředí. Rychlá oxidace hranic zrn a jejich následné popraskání představuje dominantní mechanismus v I. stádiu nukleace trhlin. Aplikace desetiminutové prodlevy v tahové části zátěžného cyklu vedlo k vývoji vnitřního (kavitačního) poškozování. Mechanismy vnitřního poškozování byly studovány na podélných řezech rovnoběžných s napěťovou osou zkušebních vzorků. Trhliny a jejich vztah k hranicím zrn a dvojčat byly studovány pomocí difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD). Vliv prodlevy na únavovou životnost byl korelován s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního poškození. Vzorky z uvedené oceli byly rovněž podrobeny zkouškám termomechanické únavy (TMF), při nichž se v čase mění jak zátěžná síla tak i teplota. Termomechanické únavové zkoušky v režimu soufázném (in-phase) a protifázném (out-of-phase) byly provedeny jak s prodlevou, tak i bez ní. Ve všech případech bylo pozorováno rychlé cyklické zpevnění bez ohledu na použitou amplitudu deformace, u vzorků testovaných v out-of-phase režimu byla zjištěna tendence k saturaci. Zkoumáním povrchového reliéfu za pomocí technik SEM a FIB byla odhalena přednostní oxidace hranic zrn a následné praskání těchto hranic kolmo k ose zatížení. Prodlevy v cyklech při maximálním napětí vedly ke zvýšení amplitudy plastické deformace a následně ke creepovému poškození ve formě vnitřních kavit a trhlin. Interkrystalické šíření trhlin bylo pozorováno na vzorcích testovaných v režimu in-phase. Vývoj poškození v režimu out-of-phase nebyl principiálně ovlivněn zařazením prodlevy do zátěžného cyklu. Charakteristickým znakem namáhání v režimu out-of-phase je nukleace několika trhlin v homogenní oxidické vrstvě jdoucích napříč zrny kolmo k ose zatěžování.
|
guest ::
