|
|
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.
|
|
|
FATIGUE CHARACTERISTICS OF MODIFIED MAGNESIUM ALLOYS AFTER CORROSION DEGRADATION
Němcová, Aneta ; Očenášek, Vladivoj (referee) ; Hadzima, Branislav (referee) ; Pacal, Bohumil (advisor)
This doctoral thesis deals with the determination of the influence of plasma electrolytic oxidation (PEO) on fatigue behaviour of extruded AZ61 magnesium alloy in air and in the 3.5% NaCl solution. The coatings were formed in the silicate-phosphate electrolyte under pulsed current conditions at a frequency of 50 Hz. The influence of current density on coating formation was examined under current densities of 70, 130 and 200 mA cm-2 for different durations up to a maximum of 1800 s. 8 g dm-3 of KF were added to the electrolyte to study the influence of fluoride ions in plasma electrolytic oxidation. It is shown that fluoride ions inhibit localised oxidation in the initial stage of the process, associated with the secondary particles based on Al–Mn. The presence of fluoride also modified the sparking characteristics, decreased the rate of coating growth and changed the morphologies of the coatings. The influence of fluoride on the coating hardness, and the corrosion resistance of the alloy during exposure to salt spray, was negligible. Based on previous optimised PEO conditions, coatings formed under a current density of 130 mA cm-2 for 300 s in the electrolyte containing KF were chosen for fatigue testing. The high-cycle fatigue tests were carried out on cylindrical samples under a force controlled sinusoidal tension-tension cycle with asymmetry parameter R=0. The experimental data were fitted with Kohout & Věchet function. The fatigue limit of uncoated alloy in air for 107 cycles was determined at 145.4 MPa and the combination of PEO coating with chloride ions caused a reduction of ~55 %. Attention was paid to the fatigue crack initiation in different conditions of cyclic loading. The fracture surfaces underwent detailed fractography analysis including secondary crack observation on the gauge length. The contribution of Al–Mn particles were confirmed on the uncoated alloy in air and the presence of chloride ions were observed as another influential contributor to local corrosion attack. The cyclic loading caused spalling of the outer layer, and the multiple initiation was observed on PEO coated alloy, caused by cracks in the coating and stress transferring to the alloy.
|
|
|
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.
|
|
|
FATIGUE CHARACTERISTICS OF MODIFIED MAGNESIUM ALLOYS AFTER CORROSION DEGRADATION
Němcová, Aneta ; Očenášek, Vladivoj (referee) ; Hadzima, Branislav (referee) ; Pacal, Bohumil (advisor)
This doctoral thesis deals with the determination of the influence of plasma electrolytic oxidation (PEO) on fatigue behaviour of extruded AZ61 magnesium alloy in air and in the 3.5% NaCl solution. The coatings were formed in the silicate-phosphate electrolyte under pulsed current conditions at a frequency of 50 Hz. The influence of current density on coating formation was examined under current densities of 70, 130 and 200 mA cm-2 for different durations up to a maximum of 1800 s. 8 g dm-3 of KF were added to the electrolyte to study the influence of fluoride ions in plasma electrolytic oxidation. It is shown that fluoride ions inhibit localised oxidation in the initial stage of the process, associated with the secondary particles based on Al–Mn. The presence of fluoride also modified the sparking characteristics, decreased the rate of coating growth and changed the morphologies of the coatings. The influence of fluoride on the coating hardness, and the corrosion resistance of the alloy during exposure to salt spray, was negligible. Based on previous optimised PEO conditions, coatings formed under a current density of 130 mA cm-2 for 300 s in the electrolyte containing KF were chosen for fatigue testing. The high-cycle fatigue tests were carried out on cylindrical samples under a force controlled sinusoidal tension-tension cycle with asymmetry parameter R=0. The experimental data were fitted with Kohout & Věchet function. The fatigue limit of uncoated alloy in air for 107 cycles was determined at 145.4 MPa and the combination of PEO coating with chloride ions caused a reduction of ~55 %. Attention was paid to the fatigue crack initiation in different conditions of cyclic loading. The fracture surfaces underwent detailed fractography analysis including secondary crack observation on the gauge length. The contribution of Al–Mn particles were confirmed on the uncoated alloy in air and the presence of chloride ions were observed as another influential contributor to local corrosion attack. The cyclic loading caused spalling of the outer layer, and the multiple initiation was observed on PEO coated alloy, caused by cracks in the coating and stress transferring to the alloy.
|
guest ::
