|
|
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.
|
|
|
Extrémně nízkocyklová únavová životnost slitin neželezných kovů
Judas, Jakub ; Kohout, Jan (oponent) ; Zapletal, Josef (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá studiem chování hliníkové slitiny 2024-T351 v oblasti nízkocyklové a extrémně nízkocyklové únavy. Zkušební vzorky byly nejdříve podrobeny kvazistatickému namáhání v tahu a tlaku s cílem určit základní mechanické vlastnosti experimentálního materiálu. Únavové zkoušky probíhaly v módu řízené amplitudy celkové deformace, kdy byla stanovena cyklická plastická odezva slitiny a příslušné křivky životnosti. Všechny experimenty probíhaly při pokojové teplotě. Průběhy stanovených mechanických hysterezních smyček jsou závislé na velikosti amplitudy deformace a jednoznačně reprezentují cyklickou plasticitu studované slitiny. Cyklická deformační křivka byla aproximována mocninným vztahem a následně porovnána s křivkou tahovou. Experimentální body křivek životnosti byly proloženy pomocí mocninného Mansonova-Coffinova a Wöhlerova-Basquinova vztahu. V oblasti vysoké amplitudy zatěžování byl pozorován nesoulad únavových dat s predikcí konveční Mansonovy-Coffinovy křivky. Z tohoto důvodu byla aplikována nová regresní funkce, která je schopná překonat pozorované zkrácení životnosti v oblasti velmi nízkého počtu cyklů.
|
|
|
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.
|
|
|
LCF behaviour of 301LN steel: coarse-grained vs. UFG-bimodal structure
Man, Jiří ; Chlupová, Alice ; Kuběna, Ivo ; Kruml, Tomáš ; Man, O. ; Järvenpää, A. ; Karjalainen, L. P. ; Polák, Jaroslav
Low-cycle fatigue (LCF) behaviour of metastable austenitic 301LN steel with different grain sizes – coarse-grained (14 µm) and UFG (1.4 µm) with a grain bimodality – produced by reversion annealing (RA) was investigated. Symmetrical push-pull LCF tests were conducted on flat sheet specimens at room temperature with constant strain rate of 2×10–3 s–1 and constant total strain amplitude ranging from 0.4% to 0.8%. After completion of fatigue tests a ferritescope was adopted for quantitative assessment of volume fraction of deformation induced martensite (DIM). Microstructural changes, distribution and morphology of DIM in the volume of material were characterized at different scales by colour etching, TEM and EBSD techniques. Experimental data on microstructural changes are confronted with the stress-strain response and with the chemical heterogeneity present in the material.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Účinek AlCr vrstvy na únavové vlastnosti niklové superslitiny IN 713LC za teploty 800 °C
Šulák, Ivo ; Julišová, Martina (oponent) ; Podrábský, Tomáš (vedoucí práce)
Předmětem této diplomové práce bylo studium vlivu AlCr vrstvy na vlastnosti lité polykrystalické niklové superslitiny IN713LC při nízkocyklové únavě za teploty 800 °C. Ochranná vrstva byla připravena CVD metodou s následným tepelným zpracováním. Únavové zkoušky byly provedeny v režimu řízené deformace s konstantní amplitudou celkové deformace a rychlostí deformace. Únavové vlastnosti byly posuzovány na základě křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Manson-Coffinovy a Basquinovy křivky únavové životnosti. Mikrostruktura byla pozorována v SM a SEM před zatěžováním a po cyklickém zatěžování.
|
|
|
Nízkocyklová únava pseudoelastické slitiny NiTi
Kaňová, Monika ; Hutař, Pavel (oponent) ; Pantělejev, Libor (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá studiem mechanických vlastností slitiny NiTi, která vykazuje jev pseudoelasticity a paměťového efektu. V části zabývající se únavou je zkoumána oblast funkční a strukturní únavy. Cílem této práce bylo provést a vyhodnotit sérii únavových testů. Materiál k experimentům byl dodán ve formě drátu, který byl upnut do speciálních čelistí. V první části experimentu jsou vyhodnoceny tahové zkoušky, kterými lze dokázat reprodukovatelnost měření. Dále byla provedena série únavových zkoušek. Výsledky těchto testů byly vyhodnoceny společně s výsledky již dříve provedených zkoušek. Jedna část diskuse byla zaměřena na porovnání změn tvaru hysterezních smyček při cyklickém zatěžování v závislosti na rychlosti zatěžování. Ve druhé části byly vyneseny křivky únavové životnosti. Bylo zjištěno, že tyto křivky mají nestandardní tvar, který je v práci vysvětlen.
|
|
|
Nízkocyklová únava niklové superslitiny IN713LC s TBC vrstvou za vysokých teplot
Machala, Jan ; Čelko, Ladislav (oponent) ; Juliš, Martin (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá nízkocyklovou únavou niklové superslitiny IN713LC s aplikovanou TBC bariérou za vysoké teploty. Teoretická část práce je rozdělena do čtyř částí. První je zaměřena na popis únavového poškození. Druhá poskytuje základní charakteristiku niklových superslitin. Třetí část popisuje nejdůležitější používané ochranné povrchové vrstvy - difúzní vrstvy a tepelné bariéry a poslední čtvrtá vliv těchto vrstev na únavové vlastnosti. Experimentální část je zaměřena na vyhodnocení zkoušek nízkocyklové únavy a na objasnění mechanismu iniciace a šíření únavových trhlin. Únavové vzorky pro experimentální část práce byly připraveny metodou přesného lití pomocí vytavitelného modelu. TBC bariéra byla aplikovaná technologií atmosférického plazmatického nástřiku a skládá ze dvou subvrstev - spodní vazebné vrstvy typu CoNiCrAlY a horní keramické vrstvy typu YSZ. Zkoušky nízkocyklové únavy proběhly v režimu řízené deformace při teplotě 900°C. Fraktografické hodnocení lomových ploch bylo provedeno s použitím světelné a elektronové mikroskopie. Byl určen vliv aplikované bariéry na únavovou životnost - parametry Manson-Coffinovy a Basquinovy křivky. Dále byla získána cyklická deformační křivka, křivky změkčení/zpevnění a byl určen tranzitní počet cyklů. Získané parametry a hodnoty z únavových zkoušek byly porovnány s dostupnými daty z únavových zkoušek superslitiny IN713LC bez aplikované vrstvy a s aplikovanou difúzní vrstvou typu AlSi za vysokých teplot. V rámci fraktografického hodnocení byly stanoveny místa iniciace na lomových plochách a diskutován vliv aplikované vrstvy na iniciaci a šíření únavových trhlin. Pomocným nástrojem bylo hodnocení podélných řezů pomocí rastrovací elektronové mikroskopie.
|
host ::
RSS.