|
|
Kinetics of Short - crack Growth in Superduplex Steel
Bártová, Lenka ; Pantělejev, Libor (referee) ; Polák, Jaroslav (advisor)
The fatigue life and the kinetics of short crack growth in specimen of austenitic-ferritic duplex steel cycled with constant stress amplitude and different mean stresses is studied. Fatigue life was determined on smooth cylindrical specimens. Strain amplitude and mean strain were recorded. Short crack growth was studied in cylindrical specimens with a shallow notch. Cyclic straining was interrupted and crack length was measured using an optical microscope mounted on the testing machine. Crack length and crack growth rates were evaluated. The effect of the mean stress on the rate of short cracks and fatigue life were discussed.
|
|
|
PROPAGATION OF LONG FATIGUE CRACKS IN AUSTENITIC STEEL UNDER SHEAR MODES II AND III
Holáň, Libor ; Man, Jiří (referee) ; Polák, Jaroslav (referee) ; Pokluda, Jaroslav (advisor)
This work is focused on the realization of experiment allowing simultaneous loading under mode II and III in a single circular specimen. Proposed experiment allowed to minimize crack closure during the cyclic loading and obtained values of thresholds of stress intensity range can be considered to be very close to effective values. This was attained by means of an unique experimental devices and procedure of preparation of pre-crack of specimen with circumferential notch, which was made of stainless austenitic steel. The obtained values were compared with theoretical models with the support of molecular dynamics and ab-anitio calculation. Based on observation was found out, that fatigue crack propagation is controlled by decohesion model in austenitic steel. The morphology of fracture surfaces was studied by means of optical chromatographie and 3D stereophotogrammetry, which allowed a comparison of created morphology under shear modes II and III. Morphology of fracture surface formed (static and cyclic loading) by pre-crack was also studied by means of selected roughness parameters. The mechanism of deflection (kink) of crack growth under mode II was defined.
|
|
|
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.
|
|
|
Propagation of Fatigue Cracks under Shear Loading Modes II, III and II+III in the Near-Threshold Region
Vojtek, Tomáš ; Man, Jiří (referee) ; Polák, Jaroslav (referee) ; Pokluda, Jaroslav (advisor)
Práce je zaměřena na šíření únavových trhlin v módech II, III a II + III v prahové oblasti v kovových materiálech. Byly provedeny experimenty pro ARMCO železo, titan, nikl a austenitickou ocel na třech druzích vzorků pro zatěžování trhliny ve smykových módech. Byl použit zvláštní způsob vytváření iniciační trhliny, který eliminoval efekt zavírání trhliny na začátku smykového zatěžování. Ve všech zkoumaných materiálech byly efektivní prahové hodnoty v módu II přibližně 1,7 krát nižší než v módu III. Měřením úhlů lokálních odklonů a natočení lomových faset s použitím stereofotogrammetrie v SEM bylo usuzováno na tendenci trhliny k vyhýbání do lokálního módu I. Nejmenší úhly byly zjištěny u ARMCO železa pro trhliny v módech II i III, středně velké úhly u titanu a niklu a největší úhly (vyhnutí do čistého módu I) byly pozorovány u austenitické oceli. Tyto rozdíly lze vysvětlit různým počtem dostupných skluzových systémů v krystalových mřížkách daných materiálů. Poměry mezi naměřenými prahovými hodnotami v módu I, II a III byly srovnány s předpověďmi teoretických modelů. Byl navržen analytický vztah pro efektivní prahové hodnoty v módu II, který byl v dobré shodě s experimentálními výsledky. Pomocí efektivních prahových hodnot bylo vyčísleno kritérium pro vyhýbání do módu I, které vedlo ke kritickému úhlu odklonu 40° souvisejícímu s přechodem z lokálního smykového módu do otevíracího módu.
|
|
|
Short Crack Growth in Materials for High Temperature Applications
Mazánová, Veronika ; Obrtlík, Karel (referee) ; Krupp, habil Ulrich (referee) ; Polák, Jaroslav (advisor)
Pokročilá vysoce legovaná austenitická nerezová ocel Sanicro 25 s Fe-Ni-Cr matricí byla studována za podmínek nízkocyklové únavy za pokojové a vysoké teploty 700 °C. Široká škála moderních experimentálních technik byla použita ke studiu vzájemně souvisejících efektů chemického složení slitiny, mikrostrukturních změn a deformačních mechanismů, které určují odolnost materiálu vůči poškození. Hlavní úsilí bylo zaměřeno na studium iniciace únavových trhlin a růstu krátkých trhlin, tedy dvě stádia, která hrají zásadní roli ve výsledné celkové délce únavového života materiálu v provozu. • Vnitřní deformační mechanismy byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu, který je pozorován ve formě persistentních skluzových stop na povrchu. Bylo zjištěno, že vysoce planární charakter dislokačního skluzu způsobuje vysokou lokalizaci cyklické plastické deformace do persistentních skluzových pásů, což v důsledku vede k nukleaci “Stage I” trhlin, která je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na povrchu ve všech studovaných vzorcích. Bylo zjištěno, že praskání dvojčatových hraníc je taktéž spojeno s přítomností persistentních skluzových stop podél povrchové stopy dvojčatové roviny. • Interkrystalická iniciace únavové trhliny byla pozorována pouze zřídka, a to za podmínek zatěžování amplitudami vysoké deformace. Bylo zjištěno že interkrystalická iniciace je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na hranicích zrn. Hranice zrn praskají za podmínek externího tahového zatížení zejména z důvodu vysokého počtu nekompatibilit na hranicích zrn, které jsou způsobené tvarem persistentních skluzových stop. • Mechanismy růstu přirozených krátkých trhlin byly studovány na vzorcích vystavených nízkocyklove únava s nízkou i vysokou deformací. Role mikrostruktury byla analyzována pomocí experimentálních technik a diskutována. • Rychlosti šíření nejdelších trhlin byly měřeny na vzorcích s mělkým vrubem. Výsledky byly analyzovány použitím přístupů lomové mechaniky založených na amplitudě KI a J-integrálu stejně jako na amplitudě plastické deformace. Všechny přístupy byly diskutovány v souvislosti s Mansonovými-Coffinovými křivkami únavové životnosti. Jednoduchý mocninový zákon růstu krátkých trhlin založený na amplitudě plastické deformace ukazuje velice dobrou korelaci se zákonem únavové životnosti. • Byla studována role oxidace v podmínkách cyklického zatěžování za vysokých teplot. Bylo zjištěno, že křehké praskání zoxidovaných hranic zrn hraje hlavní roli v počátečních stádiích nukleace trhlin. Později po iniciaci se dráha růstu trhliny mění preferenčně na transkrystalickou. Dráha šíření trhlin je velmi podobná dráze zjištěné při cyklování za pokojové teploty.
|
|
|
Thermomechanical and Isothermical Fatigue of Surface Treated Nickel Superalloys
Šulák, Ivo ; Pantělejev, Libor (referee) ; Polák, Jaroslav (referee) ; Obrtlík, Karel (advisor)
Yttria-stabilized zirconia-based thermal barrier coating systems are the most widely used commercial coatings in the industry, with practical applications in aircraft engines and land-based power turbines. The purpose of thermal barriers is primarily to protect the substrate from high temperatures and also to increase its oxidation resistance. Currently, concerning the relatively frequent volcanic eruptions and increasing air traffic intensity in desert areas, increased attention is being paid to the development of new thermal and environmental coatings that will withstand the so-called CMAS attack and still successfully meeting the strictest requirements of the aerospace industry. Two newly developed experimental coatings consisting of three successive layers have been developed for this work. The upper two layers are thermal insulating ceramic coatings, where two different uppermost coatings were deposited. The first uppermost layer of the coating is a mixture of mullite and hexacelsian in a ratio of 70/30 wt. %. The second upper most type of coating consists of Al6Si2O13 + MgAl2O4 + BaCO3 in a ratio of 6:3:1 wt. %. The interlayer is made of the commercially utilized yttria-stabilized zirconia. The metallic CoNiCrAlY coating, which is directly deposited on the nickel-based superalloy MAR-M247, fulfils a compensatory function between the mechanical properties of the nickel superalloy and the ceramic coating. The thermal and environmental barrier system was deposited using air plasma spraying (APS) technology. The main objective of this work was to evaluate the effect of the newly developed thermal and environmental barrier coating, which has a high potential for the protection of component surfaces in an aggressive environment, on isothermical and thermomechanical fatigue behaviour of nickel-based superalloy MAR-M247. Low cycle fatigue tests were performed in strain control mode with constant strain amplitude on both uncoated and TEBC coated superalloy. Fatigue hardening/softening curves, cyclic stress-strain curves and fatigue life curves in the representation of total strain amplitude, plastic strain amplitude and stress amplitude on the number of cycles to failure were obtained. Microstructural analysis of MAR-M247 superalloy and a newly developed experimental coating was performed in a scanning electron microscope. The fatigue crack initiation sites were identified and the process of fatigue crack propagation was described. The dislocation arrangement after fatigue loading of MAR-M247 was investigated in a transmission electron microscope. The findings of isothermical and thermomechanical low cycle fatigue behaviour of uncoated and TEBC coated MAR-M247 superalloy and identification of damage mechanisms presented in this dissertation will improve the estimation of safe-life that is particularly relevant to aircraft engines components.
|
|
|
Damage mechanisms in nickel-based superalloy René 41 subjected to fatigue
Babinský, Tomáš ; Pippan, Reinhard (referee) ; Růžička,, Milan (referee) ; Polák, Jaroslav (advisor)
Předkládaná práce se zabývá vznikem poškození ve tvářené niklové superslitině René 41, která je podrobena únavovému zatěžování za pokojové a zvýšené (800 °C) teploty. Slitina byla zkoumána ve dvou termodynamických stavech: po rozpouštěcím žíhání a po stárnutí. Jednoosé zkoušky nízkocyklové únavy byly prováděny symetricky vzhledem k řízené veličině, kterou byla celková podélná deformace. Za účelem studia mechanismů poškození a jejich souvislosti s plastickou deformací byly aplikovány techniky elektronové mikroskopie doplněné o analýzu cyklické odezvy ve formě hysterezních smyček statistickým přístupem. Navíc byly provedeny přerušované únavové zkoušky za účelem studia vývoje povrchového reliéfu ve vztahu k dislokační substruktuře, k čemuž bylo opět využito elektronové mikroskopie. Porušení za pokojové teploty bylo povětšinou transkrystalické, únavové trhliny iniciovaly především uvnitř zrn z povrchového reliéfu. Srovnáme-li dva zkoušené stavy, stárnutý materiál vykazoval vyšší hodnoty cyklického napětí a při srovnatelném napětí dosahoval vyšších životností. Cyklická deformace byla od prvního cyklu lokalizována do persistentních skluzových pásů. Bylo zjištěno, že většina skluzových pásů vzniká na začátku únavového života, kvůli čemuž jsou koherentní precipitáty ‘ významně deformovány pouze na začátku únavového života. Skluz v persistentních skluzových pásech vedl k vytvoření povrchového reliéfu ve formě skluzových schodů, extruzí a intruzí. Vznik povrchového reliéfu byl podrobně diskutován s existujícími modely. Vysokoteplotní expozice měla za následek oxidaci povrchu, zejména na oslabených hranicích zrn, kde iniciovaly a následně se šířily únavové trhliny. Výsledné poškození bylo tudíž interkrystalické.
|
|
|
Usage of psychometrics in the organizational setting
Polák, Jaroslav ; Bahbouh, Radvan (advisor) ; Štikar, Jiří (referee)
Theoretical part of this work is supposed to serve as a basic handbook for those who are willing to use psychometric, respective psychological tests in the organizational setting. In the preliminary part there is briefly explained what psychometrics is, there is shown its historical development, arguments for its use, methods of calculating its economical effectiveness and areas of most common application of results based on psychometric testing in context with human resources management. Next part is concerned with basic abstract of category structure of psychometric methods and characterization of basic features that all tests should fulfill. Following part of this text is focused on practical issues regarding to use of psychometric test in the organizational setting - from creating clear conception, through job analysis, selection of suitable testing methods, test administration and scoring until their interpretation and giving feedback. Practical part is devoted to the validization research in conditions of an unnamed company. Basic aim of this research was to verify validity and justifiability of use of tests NMG1 (numerical critical reasoning test), VMG1 (verbal critical reasoning test) and OPQ32 (personality questionnaire) by SHL Company and of test RSPM (Raven standard progressive matrices) and to...
|
|
|
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.
|
|
|
Thermomechanical and Isothermical Fatigue of Surface Treated Nickel Superalloys
Šulák, Ivo ; Pantělejev, Libor (referee) ; Polák, Jaroslav (referee) ; Obrtlík, Karel (advisor)
Yttria-stabilized zirconia-based thermal barrier coating systems are the most widely used commercial coatings in the industry, with practical applications in aircraft engines and land-based power turbines. The purpose of thermal barriers is primarily to protect the substrate from high temperatures and also to increase its oxidation resistance. Currently, concerning the relatively frequent volcanic eruptions and increasing air traffic intensity in desert areas, increased attention is being paid to the development of new thermal and environmental coatings that will withstand the so-called CMAS attack and still successfully meeting the strictest requirements of the aerospace industry. Two newly developed experimental coatings consisting of three successive layers have been developed for this work. The upper two layers are thermal insulating ceramic coatings, where two different uppermost coatings were deposited. The first uppermost layer of the coating is a mixture of mullite and hexacelsian in a ratio of 70/30 wt. %. The second upper most type of coating consists of Al6Si2O13 + MgAl2O4 + BaCO3 in a ratio of 6:3:1 wt. %. The interlayer is made of the commercially utilized yttria-stabilized zirconia. The metallic CoNiCrAlY coating, which is directly deposited on the nickel-based superalloy MAR-M247, fulfils a compensatory function between the mechanical properties of the nickel superalloy and the ceramic coating. The thermal and environmental barrier system was deposited using air plasma spraying (APS) technology. The main objective of this work was to evaluate the effect of the newly developed thermal and environmental barrier coating, which has a high potential for the protection of component surfaces in an aggressive environment, on isothermical and thermomechanical fatigue behaviour of nickel-based superalloy MAR-M247. Low cycle fatigue tests were performed in strain control mode with constant strain amplitude on both uncoated and TEBC coated superalloy. Fatigue hardening/softening curves, cyclic stress-strain curves and fatigue life curves in the representation of total strain amplitude, plastic strain amplitude and stress amplitude on the number of cycles to failure were obtained. Microstructural analysis of MAR-M247 superalloy and a newly developed experimental coating was performed in a scanning electron microscope. The fatigue crack initiation sites were identified and the process of fatigue crack propagation was described. The dislocation arrangement after fatigue loading of MAR-M247 was investigated in a transmission electron microscope. The findings of isothermical and thermomechanical low cycle fatigue behaviour of uncoated and TEBC coated MAR-M247 superalloy and identification of damage mechanisms presented in this dissertation will improve the estimation of safe-life that is particularly relevant to aircraft engines components.
|
guest ::
