|
|
Termomechanická a izotermická únava povrchově upravené niklové superslitiny
Šulák, Ivo ; Pantělejev, Libor (oponent) ; Polák, Jaroslav (oponent) ; Obrtlík, Karel (vedoucí práce)
Systémy tepelných bariér na bázi oxidu zirkoničitého stabilizovaného oxidem ytritým patří mezi komerčně nejrozšířenější povrchové úpravy nacházející praktické uplatnění v leteckých motorech a pozemních energetických turbínách. Účelem tepelných bariér je primárně ochrana substrátu před působením vysokých teplot a rovněž zvýšení jeho oxidační odolnost. V současné době v relaci k poměrně častým sopečným erupcím a zvyšující se intenzitě letecké dopravy v pouštních oblastech je upírána pozornost směrem k novým povlakům, které budou odolávat tzv. CMAS poškození a zároveň budou splňovat nejpřísnější požadavky leteckého průmyslu. Speciálně pro tuto práci byly vyvinuty dva nové experimentální povlaky sestávající ze tří na sebe navazujících vrstev, z nichž svrchní dvě tvoří tepelně izolační keramický povlak. U první varianty povlaku použitého pro izotermické zkoušky je nejsvrchnější vrstva tvořena směsí mullitu a hexacelsianu v poměru 70/30 hm. %. Druhý typ nejsvrchnějšího povlaku, který byl použit pro termomechanické zkoušky, tvořila směs Al6Si2O13 + MgAl2O4 + BaCO3. Na svrchní vrstvy povlaku navazuje komerčně nejvyužívanější oxidem ytritým stabilizovaný oxid zirkoničitý. Metalický povlak, který je přímo deponovaný na substrát niklové superslitiny MAR-M247 je na bázi CoNiCrAlY a plní kompenzační funkci mezi mechanickými vlastnosti niklové superslitiny a svrchního keramického povlaku. Systém tepelné a environmentální bariéry byl deponován technologií plasmatického nástřiku (APS). Hlavním cílem této práce bylo hodnocení vlivu nově vyvinuté tepelné a environmentální bariéry, která má vysoký potenciál při ochraně povrchu komponent v agresivním prostředí, na izotermické a termomechanické únavové chování niklové superslitiny MAR-M247. Únavové zkoušky byly provedeny nejprve na nepovlakovaném materiálu a následně na povlakované superslitině v režimu řízení deformace s konstantní amplitudou celkové deformace. Byly zaznamenány křivky zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky a křivky životnosti v reprezentaci amplitudy celkové deformace, amplitudy plastické deformace a amplitudy napětí na počtu cyklů do lomu. Mikrostrukturní analýza superslitiny MAR-M247 a nových experimentálních povlaků byla provedena ve skenovacím elektronovém mikroskopu. Byla identifikována místa iniciace a byl popsán proces šíření únavových trhlin. Dislokační struktury povlakované i nepovlakované superslitiny byly studovány v transmisním elektronovém mikroskopu. Hlavním přínosem této dizertační práce jsou zjištěné parametry nízkocyklové únavy povlakované a nepovlakované superslitiny MAR-M247 a identifikace mechanizmů poškození pro jednotlivé druhy zatěžování. Dosažené výsledky umožní přesnější odhady zbytkové životnosti součásti a bezpečnější provoz vysokoteplotních zařízení.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Termomechanická únava superslitin na bázi niklu
Pech, Filip ; Škorík, Viktor (oponent) ; Šulák, Ivo (vedoucí práce)
Hlavním cílem této bakalářské práce je zpracovat literární rešerši na téma termomechanické únavy superslitin na bázi niklu. Ty byly vyvinuty pro práci za vysokých teplot, kde musí být zajištěna dostatečně velká pevnost, odolnost proti oxidaci, creepu a dalším nepříznivým vlivům uplatňujících se ve vysokoteplotních aplikacích. Tyto slitiny jsou i přes snahu o nalezení alternativ stále intenzivně používané a proto je nutná dobrá znalost jejich vlastností a limit. Na základě odborných publikací je v předkládané práci zpracován základní přehled niklových superslitin. Jejich dělení, chemické složení spolu s přehledem nejdůležitějších fázi ovlivňujících vlastnosti superslitin. Jejich struktura a popis jednotlivých fází. V další kapitole jsou popsány základy izotermické únavy materiálů, její definice, základní popis mechanismu a přehled nejdůležitějších křivek únavového života. Předposlední kapitola literární rešerše pojednává o termomechanické únavě, přičemž struktura textu je obdobná jako u izotermické únavy. V poslední kapitole je přehled termomechanické únavy jednotlivých druhů superslitin na bázi niklu.
|
|
|
Vliv vlastností vstupního materiálu na technologii a výrobu hlubokotažného výrobku
Černá, Monika ; Peterková, Eva (oponent) ; Šulák, Ivo (vedoucí práce)
Bakalářská práce vypracovaná v rámci bakalářského studia předkládá posouzení vlivu vlastností vstupního materiálu na technologii a výrobu hlubokotažného výrobku pro společnost ITW Pronovia, s.r.o. V rámci této práce jsou vypracovány mechanické a technologické zkoušky na dodávaném materiálu HT179. Z tohoto materiálu se dále vyrábí patrona pro vystřelení airbagu, u které byly zaznamenány během výroby vady, otřepy po vystřižení děr na hlubokém výtažku. Firma tuto vadu hodnotí jako vadu materiálu, proto je nutné zhodnotit vlastnosti starého a nového materiálu.
|
|
|
Vliv Al a Al-Si vrstvy na únavové vlastnosti niklové superslitiny IN713LC za teploty 800 °C
Šulák, Ivo ; Juliš, Martin (oponent) ; Podrábský, Tomáš (vedoucí práce)
Niklové superslitiny se převážně používají pro vysokoteplotní aplikace v energetickém a leteckém průmyslu. Jsou vystaveny extrémně agresivnímu prostředí za vysokých teplot za spolupůsobení únavových a creepových procesů, oxidace a eroze. Aplikací povrchových ochranných vrstev je možno dosáhnout prodloužení životnosti za současného součásti zvýšení výkonu. Předmětem této bakalářské práce je zkoumání únavových parametrů slitiny In713LC za teplot 800 °C a porovnání těchto parametrů u materiálů s ochrannou povrchovou vrstvou na bázi Al nebo Al-Si a materiálu bez této vrstvy.
|
|
|
Thermo-mechanical and isothermal fatigue behavior of austenitic stainless steel AISI 316L
Škorík, Viktor ; Šulák, Ivo ; Obrtlík, Karel ; Polák, Jaroslav
Many structural components of nuclear power plant systems are made of austenitic stainless steels. These structures undergo degradation by thermo-mechanical fatigue (TMF) caused by simultaneous cyclic straining and temperature cycling, particularly during start-up, shut-down and transient operations. The present work reports the cyclic deformation behavior and fatigue damage of austenitic stainless steel AISI 316L during TMF and isothermal fatigue (IF) testing in air. Total strain controlled in-phase TMF loading in the temperature range 200 - 600 °C and isothermal fatigue (IF) at 600 °C were performed. Hardening/softening curves, cyclic stress-strain response and fatigue life diagrams were obtained both for TMF and IF tests. Fatigue damage was documented using surface relief and fracture surface observations. Mean stress evolution and fatigue degradation data are employed to discuss the fatigue behavior of 316L steel both in TMF and IF regimes.
|
|
|
Effect of grit blasting surface treatment on high temperature low cycle fatigue life of Inconel 713LC
Šulák, Ivo ; Obrtlík, Karel ; Čelko, L. ; Gejdoš, P.
This paper presents the results of high temperature low cycle fatigue tests carried out on Inconel 713LC. This polycrystalline nickel based superalloys is mainly used for high temperature applications such as disks, blades and vanes of gas turbine engines. These machine components are manufactured by investment casting and undergo a series of postcast processes to remove remnants of shells, oxides and other contaminants. Grit blasting is one of the most widely used and cheapest technology ensuring adequate cleaning of the surface and at the same time is used to treat the substrate surface prior to application of metalic bond coat and various protective coatings (like diffusion, overlay or thermall barier coatings). Low cycle fatigue tests were conducted on as-received and grit blasted material in fully reversed pull-push cycle in strain control mode with constant total strain amplitude and strain rate at 900 °C in air. Experimental data on fatigue life were evaluated and parameters of Baquin and Coffin-Manson curves were obtained for both tested materials. Specimen surface and cross sections of both treated and untreated materials were analysed prior to fatigue tests and also after testing by means of optical microscopy (OM), as well as scaning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) and Vickers microhardness was measured. Fatigue degradation mechanisms was documented in both materials and negligible effect of grit blasting on low cycle parameters was discussed.
|
host ::
RSS.