Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hành vi mỏi và gãy của hợp kim siêu bền dựa trên niken Inconel 718 trong điều kiện chu kỳ rất cao
Zhejiang University Press - 2010
Tóm tắt
Hành vi mỏi và gãy của hợp kim siêu bền dựa trên niken Inconel 718 đã được nghiên cứu đến mức chu kỳ rất cao dưới các thử nghiệm uốn xoay trong điều kiện nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy hợp kim siêu bền này vẫn có thể gãy sau khi vượt qua 10^7 chu kỳ. Phân tích bề mặt gãy cho thấy có sự chuyển tiếp từ sự hình thành nứt mỏi tại nhiều điểm sang sự hình thành nứt đơn lẻ khi mức độ ứng suất giảm xuống. Bề mặt gãy có thể được phân chia thành bốn khu vực dựa trên hình thức, liên quan đến phân tích cơ học gãy của các yếu tố cường độ ứng suất tương ứng. Cơ chế gãy chiếm ưu thế ở mỗi khu vực đã được xác định thông qua sự kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét và được phân tích so sánh với các kết quả thu được từ các thử nghiệm tăng trưởng nứt. Sau đó, mô hình dự đoán tuổi thọ đã được đề xuất bằng cách ước lượng giai đoạn khởi phát và lan truyền nứt một cách riêng biệt. Kết quả cho thấy mô hình của Chan (2003) cho tuổi thọ khởi phát và định luật Paris cho tuổi thọ tăng trưởng có thể cung cấp các dự đoán tương đương so với tuổi thọ thực nghiệm.
Từ khóa
#Hợp kim siêu bền Inconel 718 #hành vi mỏi #hành vi gãy #phân tích cơ học gãy #kính hiển vi điện tử quét #mô hình dự đoán tuổi thọTài liệu tham khảo
Alexandre, F., Deyber, S., Pineau, A., 2004. Modelling the optimum grain size on the low cycle fatigue life of a Ni based superalloy in the presence of two possible crack initiation sites. Scripta Materialia, 50(1):25–30. [doi:10. 1016/j.scriptamat.2003.09.043]
Anderson, T.L., 1991. Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications. CRC Press, Colorado, USA.
Andersson, H., Persson, C., 2004. In-situ SEM study of fatigue crack growth behaviour in IN718. International Journal of Fatigue, 26(3):211–219. [doi:10.1016/S0142-1123(03) 00172-5]
Antolovich, S.D., Jayaraman, N., 1983. The Effect of Microstructure on Fatigue Behavior of Nickel Base Alloys. Plenum Press, NY, USA.
Bache, M.R., Evans, W.J., Hardy, M.C., 1999. The effects of environment and loading waveform on fatigue crack growth in Inconel 718. International Journal of Fatigue, 21(Suppl. 1):69–77. [doi:10.1016/S0142-1123(99)00057-2]
Chai, G.C., 2006. The formation of subsurface non-defect fatigue crack origins. International Journal of Fatigue, 28(11):1533–1539. [doi:10.1016/j.ijfatigue.2005.06.060]
Chan, K.S., 2003. A microstructure-based fatigue-crack-initiation model. Metallurgical and Materials Transactions A, 34(1):43–58. [doi:10.1007/s11661-003-0207-9]
Chan, K.S., Leverant, G.R., 1987. Elevated-temperature fatigue crack-growth behavior of Mar-M200 single-crystals. Metallurgical and Materials Transactions A, 18(4):593–602. [doi:10.1007/BF02649475]
Chaussumier, M., Shahzad, M., Mabru, M., Chieragatti, R., Rezaï-Aria, F., 2010. A fatigue multi-site cracks model using coalescence, short and long crack growth laws, for anodized aluminum alloys. Procedia Engineering, 2(1):995–1004. [doi:10.1016/j.proeng.2010.03.108]
Chen, Q., Kawagoishi, N., Nisitani, H., 2000. Evaluation of fatigue crack growth rate and life prediction of Inconel 718 at room and elevated temperatures. Materials Science and Engineering: A, 277(1–2):250–257.
Chen, Q., Kawagoishi, N., Wang, Q.Y., Yan, N., Ono, T., Hashiguchi, G., 2005. Small crack behavior and fracture of nickel-based superalloy under ultrasonic fatigue. International Journal of Fatigue, 27(10–12):1227–1232. [doi:10.1016/j.ijfatigue.2005.07.022]
Chu, Z.K., Yu, J.J., Sun, X.F., Guan, H.R., Hu, Z.Q., 2008. High temperature low cycle fatigue behavior of a directionally solidified Ni-base superalloy DZ951. Materials Science and Engineering: A, 488(1–2):389–397. [doi:10.1016/j.msea.2007.11.045]
Fedelich, B., 1998. A stochastic theory for the problem of multiple surface crack coalescence. International Journal of Fracture, 91:23–45. [doi:10.1023/A:1007431802050]
Forsyth, P.J.E., 1957. Slip-band damage and extrusion. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 242(1229):198–202. [doi:10.1098/rspa.1957.0168]
Fournier, B., Sauzay, M., Caes, C., Noblecourt, M., Mottot, M., Bougault, A., Rabeau, V., Man, J., Gillia, O., Lemoine, P., Pineau, A., 2008. Creep-fatigue-oxidation interactions in a 9Cr-1Mo martensitic steel. Part III: Lifetime prediction. International Journal of Fatigue, 30(10–11):1797–1812. [doi:10.1016/j.ijfatigue.2008.02.006]
Fournier, D., Pineau, A., 1977. Low cycle fatigue behavior of Inconel 718 at 298 K and 823 K. Metallurgical and Materials Transactions A, 8(7):1095–1105. [doi:10.1007/BF02667395]
He, Y.H., Yu, H.C., Guo, W.B., Shen, L.L., Su, B., 2006. Experimental study on fatigue crack growth behavior of direct aging GH4169 superalloy. Journal of Aerospace Power, 21(2):349–353 (in Chinese).
Kobayashi, K., Yamaguchi, K., Hayakawa, M., Kimura, M., 2005. Grain size effect on high-temperature fatigue properties of alloy718. Materials Letters, 59(2–3):383–386. [doi:10.1016/j.matlet.2004.09.029]
Leo Prakash, D.G.L., Walsh, M.J., Maclachlan, D., Korsunsky, A.M., 2009. Crack growth micro-mechanisms in the IN718 alloy under the combined influence of fatigue, creep and oxidation. International Journal of Fatigue, 31(11–12):1966–1977. [doi:10.1016/j.ijfatigue.2009.01. 023]
Ma, X.F., Shi, H.J., Gu, J.L., Wang, Z.X., Harders, H., Malow, T., 2008. Temperature effect on low-cycle fatigue behaviour of nickel-based single crystalline superalloy. Acta Mechanica Solida Sinica, 21(4):289–297.
Masuda, C., Tanaka, Y., 1986. Relationship between fatigue strength and hardness for high strength steels. Transaction of the Japan Society Mechnical Engineers-Part A, 52:847–852.
Mercer, C., Soboyejo, A.B.O., Soboyejo, W.O., 1999. Micromechanisms of fatigue crack growth in a forged Inconel 718 nickel-based superalloy. Materials Science and Engineering: A, 270(2):308–322.
Murakami, Y., Kawakami, K., Duckworth, W.E., 1991. Quantitative-evaluation of effects of shape and size of artificially introduced alumina particles on the fatigue-strength of 1.5Ni-Cr-Mo (En24) steel. International Journal of Fatigue, 13(6):489–499.
Pineau, A., 1989. Mechanisms of Creep-fatigue Interactions, Advances in Fatigue Science and Technology. Kluwer Academic, Dordrecht.
Reger, M., Remy, L., 1988a. High-temperature, low-cycle fatigue of IN-100 superalloy. 1. Influence of frequency and environment at high-temperatures. Materials Science and Engineering: A, 101:55–63.
Reger, M., Remy, L., 1988b. High-temperature, low-cycle fatigue of IN-100 superalloy. 1. Influence of temperature on the low-cycle fatigue behavior. Materials Science and Engineering: A, 101:47–54. [doi:10.1016/0921-5093(88) 90049-4]
Remy, L., Alam, A., Haddar, N., Köster, A., Marchal, N., 2007. Growth of small cracks and prediction of lifetime in high-temperature alloys. Materials Science and Engineering: A, 468–470:40–50. [doi:10.1016/j.msea. 2006.08.133]
Sakai, T., Sato, Y., Oguma, N., 2002. Characteristic S-N properties of high-carbon-chromium-bearing steel under axial loading in long-life fatigue. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 25(8–9):765–773. [doi:10.1046/j.1460-2695.2002.00574.x]
Sakai, T., Sakai, T., Okada, K., Furuichi, M., Nishikawa, I., Sugeta, A., 2006. Statistical fatigue properties of SCM435 steel in ultra-long-life regime based on JSMS database on fatigue strength of metallic materials. International Journal of Fatigue, 28(11):1486–1492. [doi:10.1016/j.ijfatigue.2005.09.018]
Shiozawa, K., Lu, L., Ishihara, S., 2001. S-N curve characteristics and subsurface crack initiation behaviour in ultra-long life fatigue of a high carbon-chromium bearing steel. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 24(12):781–790.
Socie, D.F., 1983. Critical Plane Approaches for Multiaxial Fatigue Damage Assessment. ASTM, Philadelphia.
Suresh, S., 1998. Fatigue of Materials. Cambridge University Press, Cambridge, UK.
Tanaka, K., Mura, T., 1981. A dislocation model for fatigue crack initiation. Journal of Applied Mechanics-Transactions of the ASME, 48(1):97–103. [doi:10.1115/1. 3157599]
Tomkins, B., 1968. Fatigue crack propagation: an analysis. Philosophical Magazine, 18:1041–1066.
Venkataraman, G., Chung, Y.W., Mura, T., 1991. Application of minimum energy formalism in a multiple slip band model for fatigue—II. Crack nucleation and derivation of a generalised Coffin-Manson law. Acta Metallurgica et Materialia, 39(11):2631–2638. [doi:10.1016/0956-7151 (91)90079-G]
Wang, Q.Y., Bathias, C., Kawagoishi, N., Chen, Q., 2002. Effect of inclusion on subsurface crack initiation and gigacycle fatigue strength. International Journal of Fatigue, 24(12):1269–1274. [doi:10.1016/S0142-1123 (02)00037-3]
Wang, Q.Y., Kawagoishi, N., Chen, Q., 2006. Fatigue and fracture behaviour of structural Al-alloys up to very long life regimes. International Journal of Fatigue, 28(11): 1572–1576. [doi:10.1016/j.ijfatigue.2005.09.017]
Yan, N., Kawagoishi, N., Chen, Q., Wang, Q.Y., Nishitani, H., Kondo, E., 2003. Fatigue properties of Inconel 718 in long life region at elevated temperature. Key Engineering Materials, 243–244:321–326. [doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.243-244.321]