|
|
Application of Technique of Oriented Foils in TEM
Buček, Petr ; Kruml, Tomáš (referee) ; Petrenec, Martin (advisor)
The master’s thesis is focused on the application of the technique of oriented foils in transmission electron microscopy. Dislocation structures were identified by this technique in both phases of polycrystalline austenitic-ferritic stainless steel SAF 2507 formed during low cycle fatigue at two plastic strain amplitudes ap. In individual grains the stress axis and the Schmid factors of active slip systems were determined. In austenitic grains, the planar structures were determined at both ap. In ferritic grains, the dislocation arrangement was different for the two observed ap. Individual screw dislocations and pile-up´s of edge dislocations were found at low ap = 1x10-4. Mixture of vein and wall dislocation structures were formed at high ap = 2x10-3. Observed dislocation structures were discussed in relation with the cyclic plastic response of the duplex stainless steel.
|
|
|
Tensile and Fatigue Testing of Thin Fibres and Foils
Štěrbáček, Jaroslav ; Liškutín, Petr (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
A testing system MTS Tytron 250 with an original construction was bought at the Institute of Physics of Materials, AVCR v.v.i. The main aim of this diploma thesis was to obtain experiences with the controlling of the system and with its advantages and limitations. The tensile tests were performed on Al fibres with diameters of 125 micrometer, 180 micrometer a 500 micrometer, nylon fibres of 250 micrometer and 500 micrometer and tensile and cyclic tests on Al foil of 77 micrometer in thickness. It was found that the machine is suitable for testing of either subtle specimens with low loading forces or specimens with low stiffness as e.g. polymers or very long metallic or ceramic fibres. On the other side, the Tytrom system is not able to perform tests on specimens with a high stiffness and high loading forces. Material parameters were determined with a high reproducibility. Advantages and limitations of several types of subtle specimen's fixation into the grips were studied too.
|
|
|
Structural and Mechanical Characteristics of Nickel-Alloyed Ductile Cast Iron
Tesařová, Hana ; Kohout, Jan (referee) ; Kruml, Tomáš (referee) ; Konečná,, Radka (referee) ; Pacal, Bohumil (advisor)
The aim of this dissertation work is the evaluation of the influence of nickel alloying on the structure and mechanical properties, both monotonic and dynamic, of nodular cast iron with ferritic and bainitic matrix. Two chock melts with 0.5 and 2.7 % Ni were used to study the nickel influence. The quantitative evaluation of structure of these melts using image analysis was done and basic tensile mechanical properties were determined. Subsequently, the time optimization of two-stage ferritic annealing and isothermal austempered heat treatment at 375 °C was performed with the aim to obtain optimal ferritic and bainitic structures with best static and dynamic mechanical properties. After ferritic annealing the nickel alloying contributes to substitution hardening of ferritic matrix which positively affects its strength and other mechanical properties. The higher nickel content in the bainitic structure causes the shift of phase transformation times to longer times which results in restricted production of small carbides and in bigger volume of retained austenite. These features were confirmed by observation in transmission electron microscope. Precise tensile and low cycle fatigue tests at temperatures 23 and – 45 °C were performed on the optimized structures of both nodular cast irons. As a result of the notch effect of graphite nodules, microplastic deformation of both nodular cast irons was observed at stresses which were lower than the yield stress. The Hollomon's equation very well describes the individual parts of tensile curves for both nodular cast irons including their mutual comparison. From the low cycle fatigue tests, the cyclic hardening/softening curves, the evolution of elastic modulus and hysteresis loop shape parameters, cyclic stress-strain curves and fatigue life curves were obtained for both temperatures and materials. Moreover, the decrease of retained austenite volume was measured by neutron diffraction and the evolution of surface relief was characterized during cyclic straining for both austempered nodular cast irons at both temperatures. On the basis of these results both cyclic plasticity and fatigue degradation mechanisms in relation to the cyclic strain localization were described for both nodular cast irons.
|
|
|
Development of Nanofabrication Methodology for Study of Mechanical Properties of Thin Films using Focused Ion Beams
Kuběna, Ivo ; Švejcar, Jiří (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
The main goal of this work is to find a methodology of the fabrication of microcompressive specimens (pillars) from thin metallic film prepared by means of PVD. The studied film was prepared by the ON Semiconductor company, Roznov pod Radhostem. Its chemical composition was Al-1.5 wt.% Cu; such films are used for electric connections on integrated circuits. At first, a thin intermediate layer of W-10 wt.% Ti was deposited on the Si single crystalline substrate with the purpose of improving adhesion properties of the studied film. The geometry of the microcompressive specimen should be as close to the cylindrical shape as possible. The height of the cylinder is given by the film thickness, its diameter is approximately 1 m. Such specimens were prepared in Quanta 3D FEG Dual BeamTM facility using focused ion beams technology. Experiments were done at FEI Company in Brno. In total, 39 microcompressive specimens were prepared at various ion milling conditions. The required geometry was finally attained by the optimization of processing parameters, in particular the parallelism of lateral faces was improved, the bottom of the removed zone in the vicinity of the pillar was almost flat and the transition pillar – flat bottom was regular. The prepared pillars are suitable for the microcompression tests; the first of them have been already performed within the cooperation with the Institut of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Praha.
|
|
|
Measurement of mechanical properties of thin films using the bulge test technique
Holzer, Jakub ; Cieslar, Miroslav (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Main objective of this diploma thesis is to finish a construction of the Bulge test apparatus for measurement of thin films, perform first tests on commercially available Si3N4 membranes and bilayer membrane with aluminium. First part of the thesis is focused mainly on literature review of current knowledge regarding this topic and other methods of thin films testing. Experimental part deals with construction of apparatus, methodology of data evaluation and results of the measurement. The thin films of interest are fabricated as amorphous silicon nitride or bilayer of mentioned nitride and either aluminium, titanium or Ta-B-C layer. The apparatus has been built in house in collaboration with Institute of Scientific Instruments of CAS. Both reliability and repeatability of this method has been tested on over 160 measurements of commercially available membrane. The results of measurements are compared with literature and nanoindentation test. More detailed data analysis is currently under development with colleagues at Institute of Physics of Materials. It has been proven beyond doubt that Bulge test method and constructed apparatus are suitable for the measurement of several mechanical properties of thin films.
|
|
|
Damage mechanisms in multiaxial fatigue
Poczklán, Ladislav ; Kunz,, Ludvik (referee) ; Spätig, Philippe (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Práce se zabývá víceosou únavou austenitické korozivzdorné oceli 316L. Materiál byl zatěžován cyklicky v tahu/tlaku a krutu. Jejich kombinace byla použita pro testování ve dvou víceosých módech: in-phase (ve fázi) a out-of-phase (mimo fázi). Všechny zkoušky byly provedeny v režimu řízení celkové deformace za pokojové teploty. Výsledky únavových zkoušek naznačují, že cyklování v módu tah/tlak způsobuje nejrychlejší růst trhliny a nejkratší životnost. Naproti tomu torzní mód vedl k nejpomalejšímu šíření únavových trhlin a k nejdelším životnostem. Oba víceosé módy se ukázaly být podobně poškozující. Detailně byly studovány dva aspekty mikrostrukturních změn: vzniklé dislokační struktury a deformačně indukovaná martenzitická transformace. Oba jevy byly analyzovány pomocí elektronové mikroskopie. In-phase zatěžování stejně jako oba jednoosé módy vedly k vytvoření podobných dislokačních struktur odlišných od těch pozorovaných v out-of-phase módu což vedlo k odlišné mechanické odezvě. Stabilita austenitu během cyklování byla závislá na zatěžujícím módu a amplitudě deformace. Rozložení indukovaného martenzitu v torzním a out-of-phase módu se ukázalo být silně heterogenní. Měření jeho obsahu pomocí feritoskopu na vnějším povrchu může v některých případech vést k zavádějícím výsledkům. Nejnižší množství martenzitu bylo pozorováno v módu tah/tlak. Odolnost vůči únavovému lomu a úhel náklonu únavové trhliny byly predikovány pomocí modelů založených na principu kritické roviny. Počet cyklů do lomu byl nejpřesněji předpovězen kritériem, které navrhnul Fatemi a Socie. Model Smith Watson Topper vedl k nejlepším odhadům orientace únavové trhliny. Kinetika růstu trhlin byla analyzována metodou navrženou Polákem a dále také pomocí plastické části J-integrálu. Druhý způsob vedl k univerzálnímu popisu rychlosti růstu trhlin ve všech zatěžujících módech s výjimkou out-of-phase, kde výpočet plastické části J-integrálu nebyl proveden.
|
|
|
High Temperature Deformation Mechanisms
Heczko, Milan ; Gröger,, Roman (referee) ; Spätig, Philipp (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Dvě pokročilé vysoce legované austenitické oceli s Fe-Ni-Cr matricí byly studovány za podmínek nízkocyklové únavy jak za pokojové tak vysoké teploty. Široká škála experimentálních a charakterizačních nástrojů byla použita ke studiu vzájemně souvisejících aspektů zahrnujících chemické složení slitin, mikrostrukturu, deformační mechanismy a celkovou odezvu materiálů na externě působící zatížení. Klíčové mechanismy a faktory definující mechanické vlastnosti a výkonnost v reálném provozu byly analyzovány a diskutovány v souvislosti s materiálovým designem. • Standardní únavové experimenty byly provedeny za pokojové teploty a teploty 700°C. Byly získány křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Coffin-Manson a Wöhlerovy křivky. • Ke studiu změn mikrostrukturního stavu slitin v důsledku cyklického zatěžování za pokojové a zvýšené teploty byla použita široká škála technik charakterizace pomocí elektronové mikroskopie. • Únavové chování, pevnost a cyklická plastická odezva studovaných materiálů byla vysvětlena v souvislosti s mikrostrukturními změnami a mikrostrukturními aspekty deformačních mechanismů jak za pokojové tak za zvýšených teplot. • Bylo zjištěno, že Sanicro 25 vykazuje nejvyšší pevnostní charakteristiky ze všech materiálů stejné třídy. Výjimečné vlastnosti této slitiny jsou spojeny s populacemi dvou typů nanočástic, koherentními precipitáty bohatými na měď a nanočásticemi typu MX s charakteristikou disperzoidu. Tyto nanočástice mají klíčový vliv na pevnost a celkovou cyklickou odezvu. V důsledku interakcí s precipitáty způsobujících zachytávání je pohyb dislokací v Sanicro 25 významně zpomalen, což vede k potlačení normálních procesů zotavení obvykle vedoucích ke změně uspořádání dislokační struktury tak, aby byla celková vnitřní energie systému co nejnižší. Takové uspořádání je tvořeno například dislokačními buňkami. Jelikož jsou procesy zotavení potlačeny, dislokační struktura za vysokých teplot je charakteristická homogenní distribucí dislokací o vysoké hustotě s velkou mírou vzájemných interakcí. V kombinaci s dalšími mechanismy zpevnění jako jsou precipitáty a substituční prvky v tuhém roztoku, tyto deformační mechanismy vedou k významnému zvýšení cyklické pevnosti za vysokých teplot.
|
|
|
Early Stages of Fatigue Damage of Steels for Fusion Energetics
Kuběna, Ivo ; Spätig, Philippe (referee) ; Lukáš, Petr (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Hlavním cílem této práce bylo vysvětlit únavové chování ocelí ODS Eurofer, 14Cr ODS feritické oceli vyráběné v CEA (Commissariat a l’énergie atomique, Saclay, France) a 14Cr ODS feritické oceli vyráběné v EPFL (École Polytechnique Fédérale de Laussane, Switzerland). Pokud to bylo možné byly získané výsledky porovnány s ocelí Eurofer 97. Tato práce je součástí široké spolupráce, která je zaměřena na vývoj konstrukčních materiálů pro fuzní reaktory. V průběhu práce byly provedeny následující experimenty: • Standardní únavové zkoušky za pokojové teploty, při 650 a při 750 , byly získány křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Coffinovy–Mansonovy a Wöhlerovi křivky. Hysterezní smyčky byly detailně analyzovány. • Pozorování mikrostruktury výchozího stavu pomocí TEM a porovnání s mikrostrukturou po cyklickém zatížení. • Pozorování povrchového reliéfu, který vznik díky lokalizaci cyklické plastické deformace - byla odhalena místa iniciace únavových trhlin a byl analyzován mechanismus jejich vzniku. • Měření kinetiky únavových trhlin. Oxidická disperse značně zpevňuje materiály, redukuje cyklické změkčení a stabilizuje mikrostrukturu v celém rozsahu teplot. Byly nalezeny velké rozdíly v životnosti jednotlivých ocelí. Ty byly vysvětleny pomocí rozdílných mechanismů iniciace trhlin a jejich různou rychlostí.
|
|
|
Estimation of mechanical parameters of thin films using finite element analysis
Tinoco Navaro, Hector Andres ; Holzer, Jakub ; Pikálek, Tomáš ; Buchta, Zdeněk ; Lazar, Josef ; Chlupová, Alice ; Kruml, Tomáš ; Hutař, Pavel
This study shows a methodology to estimate mechanical parameters of thin films by means of a bulge\ntest and a numerical approach. The methodology is based on the combination of finite element analysis with a\nclassical analytical method. Finite element modelling was conducted for monolayer (Si3N4) membranes of 2x2mm\nwith the aim to approximate both the load-deflection curves experimentally measured and the classical loaddeflection\nanalytical model. Error functions were constructed and minimized to delimit a coupled solution space\nbetween Young’s modulus and Poison’s ratio. In a traditional bulge test analysis only one of the elastic properties\ncan be determined due to that there is not unique solution in the estimations of these parameters. However, both\nelastic parameters were determined through the proposed numerical procedure which compares the deformed\nsurfaces for a specific set of optimal elastic parameters computed. Results shows that the estimated elastic\nproperties agree with corresponding values determined by other methods in the literature
|
|
|
High Temperature Deformation Mechanisms
Heczko, Milan ; Gröger,, Roman (referee) ; Spätig, Philipp (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Dvě pokročilé vysoce legované austenitické oceli s Fe-Ni-Cr matricí byly studovány za podmínek nízkocyklové únavy jak za pokojové tak vysoké teploty. Široká škála experimentálních a charakterizačních nástrojů byla použita ke studiu vzájemně souvisejících aspektů zahrnujících chemické složení slitin, mikrostrukturu, deformační mechanismy a celkovou odezvu materiálů na externě působící zatížení. Klíčové mechanismy a faktory definující mechanické vlastnosti a výkonnost v reálném provozu byly analyzovány a diskutovány v souvislosti s materiálovým designem. • Standardní únavové experimenty byly provedeny za pokojové teploty a teploty 700°C. Byly získány křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Coffin-Manson a Wöhlerovy křivky. • Ke studiu změn mikrostrukturního stavu slitin v důsledku cyklického zatěžování za pokojové a zvýšené teploty byla použita široká škála technik charakterizace pomocí elektronové mikroskopie. • Únavové chování, pevnost a cyklická plastická odezva studovaných materiálů byla vysvětlena v souvislosti s mikrostrukturními změnami a mikrostrukturními aspekty deformačních mechanismů jak za pokojové tak za zvýšených teplot. • Bylo zjištěno, že Sanicro 25 vykazuje nejvyšší pevnostní charakteristiky ze všech materiálů stejné třídy. Výjimečné vlastnosti této slitiny jsou spojeny s populacemi dvou typů nanočástic, koherentními precipitáty bohatými na měď a nanočásticemi typu MX s charakteristikou disperzoidu. Tyto nanočástice mají klíčový vliv na pevnost a celkovou cyklickou odezvu. V důsledku interakcí s precipitáty způsobujících zachytávání je pohyb dislokací v Sanicro 25 významně zpomalen, což vede k potlačení normálních procesů zotavení obvykle vedoucích ke změně uspořádání dislokační struktury tak, aby byla celková vnitřní energie systému co nejnižší. Takové uspořádání je tvořeno například dislokačními buňkami. Jelikož jsou procesy zotavení potlačeny, dislokační struktura za vysokých teplot je charakteristická homogenní distribucí dislokací o vysoké hustotě s velkou mírou vzájemných interakcí. V kombinaci s dalšími mechanismy zpevnění jako jsou precipitáty a substituční prvky v tuhém roztoku, tyto deformační mechanismy vedou k významnému zvýšení cyklické pevnosti za vysokých teplot.
|
guest ::
RSS feed.