|
|
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.
|
|
|
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.