dizertační práce

Short Crack Growth in Materials for High Temperature Applications

Text práce 12.97 MB Teze 2.58 MB

Autor práce: Ing. Veronika Mazánová, Ph.D.

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc.

Oponenti: doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc., prof. Dr.-Ing. habil Ulrich Krupp

Abstrakt:

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.

Klíčová slova:

nízkocyklová únava, austenitická nerezová ocel, mechanismy poškození, iniciace únavové trhliny, persistentní skluzové pásy (PSBs), persistentní skluzové stopy (PSMs), růst přirozených krátkých trhlin, lomová mechanika, zákon růstu krátkých trhlin, únavový život, oxidace za vysokých teplot, rastrovací elektronová mikroskopie (SEM), EBSD, rastrovací transmisní elektronová mikroskopie (STEM)

Termín obhajoby

6.12.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Průběh obhajoby

Práce představuje příspěvek ke studiu vzniku únavového poškození, zejména k identifikaci iniciačních míst trhlin studovaných kombinací exp. technik. Vznik a růst krátkých trhlin je dokumentován, diskutován a hodnocen rozsáhlou exp. prací s přesahem do aplikovaných matematických modelů.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Fyzikální a materiálové inženýrství (D-FMI)

Složení komise

prof. Ing. Rudolf Foret, CSc. (předseda)
doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc. (člen)
prof. Dr.-Ing. habil Ulrich Krupp (člen)
prof. RNDr. Jan Kohout, CSc. (člen)
doc. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (člen)

viz. posudek v pdf.
Soubor vložený vedoucím Velikost
Posudek vedoucího práce [.pdf] 54.03 kB

viz. posudek v pdf.
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 221.16 kB

Posudek oponenta
prof. Dr.-Ing. habil Ulrich Krupp

viiz. posudek v pdf.
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 1.99 MB