Initiation of Fatigue Cracks in Ultrafine-grained Materials in High-cycle Fatigue Region
Loading...
Date
2014-06-25
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Elsevier
Altmetrics
Abstract
Initiation of fatigue cracks in materials with conventional grain (CG) size was investigated very thoroughly in the past. There is
an extensive knowledge on the localization of cyclic plasticity and early crack development; however, it cannot be
straightforwardly applied to the ultrafine-grained (UFG) structures with the grain size below 1 micrometer, because the crack initiation
mechanisms are related to dislocation structures, which cannot develop in UFG materials simply from the size reasons.
The paper brings results of an experimental investigation of the cyclic strain localization and crack initiation by means of focused
ion beam technique (FIB). Two substantially different materials as regards the crystallographic structure, namely UFG Cu and
magnesium alloy AZ91 processed by equal channel angular pressing (ECAP) were investigated and the observed characteristic
features of crack initiation were discussed.
The observations bring evidence that in the high-cycle fatigue (HCF) region point defects generated by dislocation activity do
play very important role in the fatigue crack initiation process in UFG Cu. Fatigue cracks initiate in slip bands which form in
areas of near-by oriented grains and are characteristic by surface relief, consisting of extrusions and intrusions. Point defects and
formation of cavities and voids along the active slip planes governs the HCF crack initiation. No grain coarsening and
development of specific dislocation structure was observed in the regions of crack initiation in UFG Cu. The mechanism of the
crack initiation in AZ91 alloy processed by ECAP was found to be similar to that known from CG alloy. The cracks initiate in
cyclic slip bands which forms in individual grains due to their relatively large grain size. The initiated cracks propagate along the
slip planes in a crystallographic way which corresponds to the quasicleavage mechanism often reported for CG Mg alloys.
Iniciace únavových trhlin v materiálu s konvenční velikostí zrna (CG) byla v minulosti zkoumána velmi pečlivě. K dispozici jsou rozsáhlé znalosti o lokalizaci cyklické plastické deformace a rané inicicai trhlin.; nicméně, tyto zanlosti nemůžou být přímo aplikovány na ultra-jemnozrnné (UFG) materiály s velikostí zrna pod 1 mikrometr, protože mechanismy iniciace trhliny jsou spojeny s dislokační strukturou, které se nemohou v UFG materiálech rozvíjet z důvodů malé velikosti zrna. Článek přináší výsledky experimentálního měření lokalizace cyklické plastické deformace a iniciace trhlin a pomocí FIB techniky. Byly zkoumány dva zásadně odlišné materiály, pokud jde o krystalografické struktury, a to UFG Cu a slitina hořčíku AZ91 zpracovány metodou ECAP a byly diskutovány pozorované charakteristiky iniciace trhlin. Výsledky pozorování přinášejí důkazy o tom, že ve ultra-vysoko cyklové únavové oblasti hrají velmi důležitou roli v procesu iniciace únavové trhliny v UFG Cu bodové poruchy generovány pohybem dislokací. Únavové trhliny se iniciují ve skluzových pásech, které set tvoří v oblastech zrn s podobnou orientací a jsou charakteristické reliéfem tvořeným extruzemi a intruzemi. Bodové poruchy a tvorba kavit a dutin podél aktivních skluzových rovin řídí iniciaci únavových trhlin v ultra-vysoko cyklové únavové oblasti. Ani hrubnutí zrna ani vývoj specifických dislokačních struktur nebylo pozorováno v oblastech inicicace trhlin v UFG Cu. Mechanismus Iniciace únavových trhlin v AZ91 slitině zpracované ECAP být podobný tomu, který je známý z CG slitiny. Trhliny se iniciují ve skluzových pásech, které v vzhledem k jejich relativně velké velikosti, vznikají v jednotlivých zrnech. Trhliny se šíří podél skluzové roviny krystalografickým způsobem, který odpovídá quasicleavage mechanismu často pozorovaný u CG Mg slitin.
Iniciace únavových trhlin v materiálu s konvenční velikostí zrna (CG) byla v minulosti zkoumána velmi pečlivě. K dispozici jsou rozsáhlé znalosti o lokalizaci cyklické plastické deformace a rané inicicai trhlin.; nicméně, tyto zanlosti nemůžou být přímo aplikovány na ultra-jemnozrnné (UFG) materiály s velikostí zrna pod 1 mikrometr, protože mechanismy iniciace trhliny jsou spojeny s dislokační strukturou, které se nemohou v UFG materiálech rozvíjet z důvodů malé velikosti zrna. Článek přináší výsledky experimentálního měření lokalizace cyklické plastické deformace a iniciace trhlin a pomocí FIB techniky. Byly zkoumány dva zásadně odlišné materiály, pokud jde o krystalografické struktury, a to UFG Cu a slitina hořčíku AZ91 zpracovány metodou ECAP a byly diskutovány pozorované charakteristiky iniciace trhlin. Výsledky pozorování přinášejí důkazy o tom, že ve ultra-vysoko cyklové únavové oblasti hrají velmi důležitou roli v procesu iniciace únavové trhliny v UFG Cu bodové poruchy generovány pohybem dislokací. Únavové trhliny se iniciují ve skluzových pásech, které set tvoří v oblastech zrn s podobnou orientací a jsou charakteristické reliéfem tvořeným extruzemi a intruzemi. Bodové poruchy a tvorba kavit a dutin podél aktivních skluzových rovin řídí iniciaci únavových trhlin v ultra-vysoko cyklové únavové oblasti. Ani hrubnutí zrna ani vývoj specifických dislokačních struktur nebylo pozorováno v oblastech inicicace trhlin v UFG Cu. Mechanismus Iniciace únavových trhlin v AZ91 slitině zpracované ECAP být podobný tomu, který je známý z CG slitiny. Trhliny se iniciují ve skluzových pásech, které v vzhledem k jejich relativně velké velikosti, vznikají v jednotlivých zrnech. Trhliny se šíří podél skluzové roviny krystalografickým způsobem, který odpovídá quasicleavage mechanismu často pozorovaný u CG Mg slitin.
Description
Citation
Procedia Engineering. 2014, vol. 74, issue 1, p. 2-5.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705814007838
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705814007838
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
Document licence
Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 Unported
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/