ÚNAVOVÉ CHOVÁNÍ NIKLOVÉ SUPERSLITINY INCONEL 738LC ZA POKOJOVÉ TEPLOTY FATIGUE BEHAVIOUR OF NICKEL BASE SUPERALLOY INCONEL 738LC AT ROOM TEMPERATURE

Podobné dokumenty
ÚNAVOVÉ CHOVÁNÍ NIKLOVÉ SUPERSLITINY INCONEL 713LC ZA VYSOKÝCH TEPLOT FATIGUE BEHAVIOUR OF NICKEL BASE SUPERALLOY INCONEL 713LC AT HIGH TEMPERATURE.

ÚNAVOVÁ ŽIVOTNOST A ÚNAVOVÝ LOM LITÉ NIKLOVÉ SUPERSLITINY INCONEL 792-5A PŘI POKOJOVÉ TEPLOTĚ A PŘI ZVÝŠENÝCH TEPLOTÁCH

POROVNÁNÍ CHARAKTERISTIK NÍZKOCYKLOVÉ ÚNAVY LITÝCH NIKLOVÝCH SUPERSLITIN INCONEL 713LC A INCONEL 792-5A

Hana Tesaová a Martin Petrenec b Bohumil Pacal a.

STRUKTURA A VLASTNOSTI LITÉ NIKLOVÉ SUPERSLITINY. Tomáš Podrábský a Karel Hrbáček b Karel Obrtlík c Jan Siegl d

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

VÝZKUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ A STRUKTURNÍ STABILITY SUPERSLITINY NA BÁZI NIKLU DAMERON. Karel Hrbáček a

NEKONVENČNÍ VLASTNOSTI OCELI 15NiCuMoNb5 (WB 36) UNCONVENTIONAL PROPERTIES OF 15NiCuMoNb (WB 36) GRADE STEEL. Ladislav Kander Karel Matocha

ÚNAVOVÉ VLASTNOSTI OCELI EUROFER VYVÍJENÉ PRO FÚZNÍ ENERGETIKU FATIGUE PROPERTIES OF EUROFER STEEL DEVELOPED FOR FUSION APPLICATION

IOK L. Rozlívka 1, M. Vlk 2, L. Kunz 3, P. Zavadilová 3. Materiál. Institut ocelových konstrukcí, s.r.o

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav materiálových věd a inženýrství. Ing. Pavel Gejdoš

Únava materiálu. únavového zatěžování. 1) Úvod. 2) Základní charakteristiky. 3) Křivka únavového života. 4) Etapy únavového života

HODNOCENÍ MIKROSTRUKTURY A VLASTNOSTÍ ODLITKŮ ZE SLITINY AZ91HP EVALUATION OF MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF SAND CAST AZ91HP MAGNESIUM ALLOY

VÝVOJ TECHNOLOGIE PŘESNÉHO LITÍ ČÁSTÍ ZE SUPERSLITIN, POUŽÍVANÝCH VE SKLÁŘSKÉM PRŮMYSLU.

VLASTNOSTI NiCrW SLITIN BĚHEM DLOUHODOBÉHO ŽÍHÁNÍ. PROPERTIES OF NiCrW ALLOYS DURING LONG-RUN HIGH- TEMPERATURE ANNEALING

VÝVOJ TECHNOLOGIE PRESNÉHO LITÍ LOPATEK PLYNOVÝCH TURBÍN DEVELOPMENT OF PRECISE CASTING TECHNOLOGY FOR GAS TURBINE BLADES

Využítí niklových superslitin příklady výzkumu a výroby v ČR

12. Únavové šíření trhliny. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

OPTIMALIZACE REŽIMU TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ PRO ZVÝŠENÍ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SLITINY ALSI9Cu2Mg

a UJP PRAHA a.s., Nad Kamínkou 1345, Praha Zbraslav, b PBS Velká Bíteš a.s. Vlkovská 279, Velká Bíteš,

ANALÝZA CREEPOVÝCH ZKOUŠEK SLITINY IN 792-5A CREEP PROPERTIES/TEST ANALYSIS OF IN 792-5A ALLOY. Jiří Zýka a Karel Hrbáček b Václav Sklenička c

Jméno: St. skupina: Datum cvičení: Autor cvičení: Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc., Ing. Petr Liškutín, Ing. Martin Petrenec,

VLIV PODMÍNEK ZATĚŽOVÁNÍ NA SUBSTRUKTURU LITÉ SLITINY INCONEL 713 LC. Tomáš Podrábský a Martin Petrenec b Karel Němec a Karel Hrbáček a

VÝZKUM MOŽNOSTÍ ZVÝŠENÍ ŽIVOTNOSTI LOŽISEK CESTOU POVRCHOVÝCH ÚPRAV

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ, MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA PERSPEKTIVNÍCH LITÝCH NIKLOVÝCH SUPERSLITIN

PODSTATA VYSOKOTEPLOTNÍ STABILITY Ni-Cr-W-C SLITIN. THE NATURE OF HIGH-TEMPERATURE HEAT RESISTANCE OF Ni-Cr-W-C ALLYS

VÝZKUM A VÝVOJ TECHNOLOGIE PŘESNÉHO LITÍ OBĚŽNÝCH KOL A STATOROVÝCH ČÁSTÍ TURBODMYCHADEL NOVÉ GENERACE

Číselné označování hliníku a jeho slitin dle ČSN EN 573 1:2005 ( )

Doba žíhání [h]

VLIV STRUKTURNÍCH VAD NA ÚNAVOVÉ CHOVÁNÍ Mg SLITINY AZ91 LITÉ DO PÍSKU

OVLIVNĚNÍ CREEPOVÉHO CHOVÁNÍ STRUKTURNÍMI DEFEKTY U Mg SLITINY AZ91 LITÉ DO PÍSKU

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2014, Roztoky -

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

INFLUENCE OF HEAT RE-TREATMENT ON MECHANICAL AND FATIGUE PROPERTIES OF THIN SHEETS FROM AL-ALLOYS. Ivo Černý Dagmar Mikulová

CREEP AUSTENITICKÉ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM CREEP OF AUSTENITIC DUCTILE CAST IRON

VLIV REAKTOROVÉHO PROSTŘEDl' NA ZKŘEHNUTI' Cr-Mo-V OCELI

PLASTICKÉ VLASTNOSTI VYSOKOPEVNOSTNÍCH MATERIÁLŮ DĚLENÝCH NESTANDARDNÍMI TECHNOLOGIEMI

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MECHANICKÉ VLASTNOSTI A VYSOKOTEPLOTNÍ STABILITU NIKLOVÉ SLITINY IN 792 5A

OPTIMALIZACE TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ ODLITKŮ ZE SLITINY IN 738 LC

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ strojní součásti. Přednáška 2

KOROZNÍ CHOVÁNÍ Mg SLITIN V PROVZDUŠNĚNÉM FYZIOLOGICKÉM ROZTOKU

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Nelineární problémy a MKP

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Test A 100 [%] 1. Čím je charakteristická plastická deformace? - Je to deformace nevratná.

K CHEMICKÉ MIKROHETEROGENITĚ NIKLOVÉ SUPERSLITINY ON CHEMICAL MICROHETEROGENEITY OF A NICKEL SUPERALLOY

MECHANISMY ÚNAVOVÉHO POŠKOZENÍ NIKLOVÉ SUPERSLITINY INCONEL 713LC ZA TEPLOTY 800 C FATIGUE FAILURE MECHANISM OF NICKEL-BASED SUPERALLOY INCONEL 713LC

Požadavky na technické materiály

Nové zkoušky potrubních systémů z PE na odolnost pomalému šíření trhliny (SČZL 2017)

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

DEGRADACE STRUTURY A MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SLITINY LVN13 DLOUHODOBÝM ÚČINKEM TEPLOTY

8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

VLIV OBSAHU NIKLU NA VLASTNOSTI LKG PO FERITIZAČNÍM ŽÍHÁNÍ EFFECT OF THE CONTENT OF NICKEL ON DI PROPERTIES AFTER FERRITIZATION ANNEALING

Institute of Physics of Materials

Wöhlerova křivka (uhlíkové oceli výrazná mez únavy)

Analýza zkušebních rychlostí podle EN ISO

INFLUENCE OF TEMPERING ON THE PROPERTIES OF CAST C-Mn STEEL AFTER NORMALIZING AND AFTER INTERCRITICAL ANNEALING. Josef Bárta, Jiří Pluháček

a VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Technická 2896/2,Brno , ČR,

, Hradec nad Moravicí ÚNAVOVÉ VLASTNOSTI AL SLITIN AA 2017, AA 2007 A AA2015

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)

2. Mezní stavy. MS porušení

Slitiny titanu pro použití (nejen) v medicíně

Minule vazebné síly v látkách

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

DETERMINATION OF MECHANICAL AND ELASTO-PLASTIC PROPERTIES OF MATERIALS BY NANOINDENTATION METHODS

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav materiálového inženýrství. Ing. Libor Pantělejev

CREEP INTERMETALICKÉ SLITINY TiAl PRI VELMI MALÝCH RYCHLOSTECH DEFORMACE. CREEP OF INTERMETALLIC ALLOY TiAl AT VERY LOW STRAIN RATES

VŠB Technical University of Ostrava, Faculty of Mechanical engineering, 17. Listopadu 15, Ostrava Poruba, Czech Republic

Srovnání cyklických vlastností Al a Mg slitin z hlediska vybraných NDT postupů

Superslitiny (Superalloys)

CHEMICAL HETEROGENEITY OF REALISTIC TURBINE WHEEL AFTER EXPLOITATION AND AFTER CREEP TESTS

Nauka o materiálu. Přednáška č.5 Základy lomové mechaniky

NAUKA O MATERIÁLU I. Zkoušky mechanické. Přednáška č. 04: Zkoušení materiálových vlastností I

Kumulace poškození termoplastického laminátu C/PPS při cyklickém zatížení a jeho posuzování

CREEPOVÉ PORUŠOVÁNÍ SLITINY MgY3Nd2Zn1Mn1 LITÉ METODOU SQUEEZE CASTING. CREEP FAILURE OF SQUEEZE CASTING ALLOY MgY3Nd2Zn1Mn1

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

NEHOMOGENITA A ANIZOTROPIE ÚNAVOVÝCH VLASTNOSTÍ VÝLISKŮ ZE SLITINY HLINÍKU AA6082

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - Kolokvium Božek 2010, Praha

NÍZKOCYKLOVÁ ÚNAVA NIKLOVÉ SUPERSLITINY IN713LC S TBC VRSTVOU ZA VYSOKÝCH TEPLOT

ZÁKLADNÍ STUDIUM VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SKLO POMOCÍ INDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

Dynamická únosnost a životnost Přednášky

NĚKTERÉ ZKUŠENOSTI S MODIFIKACÍ SLITIN Mg. SOME OF OUR EXPERIENCE OF MODIFYING THE Mg ALLOYS. Luděk Ptáček, Ladislav Zemčík

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

STRUKTURA A VLASTNOSTI HORCÍKOVÉ SLITINY AZ91 LITÉ DO PÍSKU A METODOU SQUEEZE CASTING

VLIV STŘÍDAVÉHO MAGNETICKÉHO POLE NA PLASTICKOU DEFORMACI OCELI ZA STUDENA.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Doc. Ing. Jiří Kunz, CSc., Prof. Ing. Ivan Nedbal, CSc., Ing. Jan Siegl, CSc. Katedra materiálů FJFI ČVUT v Praze, Trojanova 13, Praha 2

ÚVOD DO PROBLEMATIKY LOMOVÉ MECHANIKY KVAZIKŘEHKÝCH MATERIÁLŮ. Zbyněk Keršner Ústav stavební mechaniky FAST VUT v Brně

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Pevnost a životnost Jur III

Vysoce korozivzdorná specielní ocel, legovaná m.j. dusíkem. Optimální kombinace vysoké korozivzdornosti, tvrdosti a houževnatosti.

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii.

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

STUDIUM ZMĚN MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ PO TEPLOTNÍM STÁRNUTÍ S HLOUBKOVOU ROZLIŠITELNOSTÍ POMOCÍ NANOINDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

Zkoušení kompozitních materiálů

MOŽNOSTI TVÁŘENÍ MONOKRYSTALŮ VYSOKOTAVITELNÝCH KOVŮ V OCHRANNÉM OBALU FORMING OF SINGLE CRYSTALS REFRACTORY METALS IN THE PROTECTIVE COVER

Identifikace materiálových parametrů Vybraných modelů plasticity

Transkript:

ÚNAVOVÉ CHOVÁNÍ NIKLOVÉ SUPERSLITINY INCONEL 738LC ZA POKOJOVÉ TEPLOTY FATIGUE BEHAVIOUR OF NICKEL BASE SUPERALLOY INCONEL 738LC AT ROOM TEMPERATURE Martin Juliš a, Karel Obrtlík b, Martin Petrenec b, Tomáš Podrábský a a VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Technická 2896/2, 61669 Brno, ČR b Ústav fyziky materiálů AV ČR,v.v.i., Žižkova 22, 61662 Brno, ČR Abstrakt Zkoušky nízkocyklové únavy byly provedeny na válcových vzorcích z polykrystalické slitiny Inconel 738LC při pokojové teplotě (23 C) v režimu řízení deformace. V průběhu měření byly získány křivky cyklického zpevnění, cyklická deformační křivka a křivky únavové životnosti. Lomová plocha byla studována pomocí elektronové rastrovací mikroskopie. Při vysokých amplitudách deformace bylo pozorováno výrazné počáteční zpevnění materiálu, které pokračovalo sekundárním zpevněním až do lomu. Při nízkých amplitudách zatěžování byla pozorována stabilizovaná napěťová odezva. Únavovou životnost lze uspokojivě charakterizovat Mansonovým-Coffinovým a Basquinovým zákonem. Místa iniciace únavových trhlin v blízkosti povrchu z licích defektů jsou zdokumentovány. Abstract Total strain controlled tests have been performed on cylindrical specimens of Inconel 738LC polycrystals at room temperature (23 C). Cyclic hardening, cyclic stress-strain and fatigue life curves were obtained. Fracture surface was studied using scanning electron microscopy. High amplitude cycling results in early pronounced hardening followed by secondary hardening. Low amplitude cycling is characterized by the stable stress response. Manson-Coffin and Basquin laws can reasonably approximate the fatigue life data. Fatigue crack initiation close to the surface from casting defects is documented. 1. ÚVOD Inconel 738LC patří mezi lité polykrystalické superslitiny na bázi niklu. Tyto materiály jsou precipitačně zpevněné slitiny, které mají díky vyššímu obsahu chromu a dalších legur dobrou odolnost vůči vysokoteplotní korozi. Slitina Inconel 738LC je proto s úspěchem využívána k výrobě oběžných a rozváděcích lopatek stacionárních plynových turbín. Lopatky oběžných kol jsou namáhány opakovanými elastickými a plastickými deformacemi v důsledku teplotních změn v průběhu provozu, což vede v materiálu k nevratným změnám v mikrostruktuře a tím ke změně mechanických vlastností. Z tohoto důvodu jsou nízkocyklové únavové charakteristiky důležité pro návrh reálných součástí [1-4]. Cílem tohoto příspěvku je studium únavového chování superslitiny Inconel 738LC při pokojové teplotě, zejména pak získání údajů o napěťově-deformační odezvě, stanovení křivek únavové životnosti a dokumentace míst iniciace únavových trhlin. 1

2. EXPERIMENTÁLNÍ MATERIÁL A METODY Vzorky, odlité ze slitiny Inconel 738 LC (IN 738LC) byly dodány PBS Velká Bíteš a.s.. Chemické složení je uvedeno v tab.1. Na obr. 1 je presentována makrostruktura v řezu rovnoběžném s osou zatěžování. Struktura IN 738LC je tvořena hrubými zrny γ s dendritickou morfologií, karbidy, eutektiky γ /γ a obsahuje řediny dosahující velikosti až 1 mm. Pomocí lineární průsečíkové metody byla určena střední velikost zrna 3,6 mm. Tepelné zpracování superslitiny IN 738LC se skládalo z rozpouštěcího žíhání při 1 120 ± 5 C / 2 hod, ochlazení na klidném vzduchu, a finálního vytvrzování při 845 ± 5 C / 24 hod s ochlazením na klidném vzduchu. Po tomto tepelném zpracování byly v tuhém roztoku γ zjištěny precipitáty γ. Zkušební tělesa pro zkoušky nízkocyklové únavy byly vzorky ve tvaru hladkých tyčí s kruhovým průřezem o průměru 6mm na měrné délce 15 mm a se zesílenými konci pro upnutí do speciálních hydraulických čelistí. Po soustružení byla měrná délka broušena postupným snižováním úběru na požadovanou drsnost 0,4 µm. Rozměry a tvar vzorku jsou uvedeny na obr.2. Tabulka 1. Chemické složení zkoumané superslitiny IN 738LC (hm. %) Table 1. Chemical composition of superalloy IN 738LC (in wt.%) C Cr Mo Nb+Ta Al Ti B Zr Si 0,11 15,86 1,74 2,53 3,31 3,27 0,008 0,03 <0,05 Mn Fe Co W S P Cu O Ni <0,05 0,15 8,26 2,54 0,004 <0,004 <0,05 7 ppm základ 2mm Obr. 1. Makrostruktura superslitiny IN 738LC v řezu rovnoběžném s osou zatěžování (SM). Fig. 1. Macrostructure of superalloy IN 713LC in the sections parallel to the loading axis (LM). Obr. 2 Tvar a rozměry použitých vzorků. Fig. 2. Shape and dimensions of a specimen. Zkoušky nízkocyklové únavy byly prováděny na elektrohydraulickém testovacím systému MTS 810 řízeném počítačem v režimu řízení deformace při konstantní rychlosti celkové deformace 0,002 s -1 v symetrickém deformačním cyklu (R ε = -1) [5]. V průběhu zkoušek byla udržována konstantní hodnota amplitudy deformace v rozsahu 0,23 % až 0,6 %. Deformace byla měřena citlivým axiálním extenzometrem s měrnou délkou 12 mm umístěným ve střední části vzorku. Během experimentu byly zaznamenávány do počítače hysterezní smyčky při zvoleném počtu cyklů. Kromě toho řídící program během zkoušek vyhodnocoval a ukládal do paměti amplitudu napětí, střední napětí, amplitudu celkové 2

deformace, maximální a minimální hodnoty napětí a deformace v daném cyklu a efektivní modul pružnosti při odlehčení z tahu a tlaku. Amplituda plastické deformace rovnající se poloviční šířce hysterezní smyčky při průchodu středním napětím byla vyhodnocena po ukončení zkoušky zvláštním programem s využitím elektronických dat pro jednotlivé zaznamenané hysterezní smyčky. Pro jednotlivé vzorky byly měřením zjištěny hodnoty modulu pružnosti při odlehčení z tahu a tlaku při pokojové teplotě ležící v intervalu 175 GPa až 241 GPa. Kritériem ukončení zkoušky byl zvolen pokles poměru středního napětí σ m k amplitudě napětí σ a na hodnotu (σ m /σ a )= -0,3, což odpovídalo únavové trhlině rozšířené na polovinu průřezu zkušebního tělesa. Počet cyklů do lomu N f byl stanoven jako počet uběhlých cyklů v okamžiku splnění zvoleného kritéria nebo v okamžiku lomu, pokud nastal před dosažením kritéria ukončení zkoušky [5]. 3. VÝSLEDKY A DISKUSE 3.1 Napěťově-deformační odezva Na obr. 3 je uvedena závislost amplitudy napětí σ a na počtu cyklů N pro vybrané hodnoty amplitudy celkové deformace ε a křivky cyklického zpevnění. Z obr. 3 je patrno, že se průběh těchto křivek mění s amplitudou zatěžování. V oblasti vysokých a středních amplitud celkové deformace bylo pozorováno počáteční prudké zpevnění následované sekundárním zpevněním probíhajícím po většinu únavové životnosti materiálu, které bylo ke konci životnosti vystřídáno výrazným poklesem amplitudy napětí v důsledku šíření únavové trhliny. Průběhy počátečního zpevnění jsou nejvýraznější u nejvyšších hodnot amplitud zatěžování. V oblasti nízkých amplitud celkové deformace následuje po mírném počátečním zpevnění (způsobeném náběhem regulace pulsátoru na požadovanou hodnotu ε a ) stabilní napěťové odezva pokračující až do konce životnosti. Materiál IN 738LC je charakteristický velkým rozměrem dendritického zrna, z čehož vyplývá že v oblasti měrné délky zkušební tyče je přítomno pouze několik málo zrn. To má ve svém důsledku výrazný vliv na rozptyl měřených hodnot efektivního modulu pružnosti při odlehčení z tahu a tlaku. Velký rozptyl v hodnotách efektivního modulu pružnosti u vzorků zatěžovaných přibližně stejnou hodnotou amplitudy celkové deformace měl za následek velký rozdíl v napěťové odezvě těchto vzorků (viz obr.3). 3

Obr. 3 Křivky cyklického zpevnění IN 738LC. Fig. 3. Cyclic hardening curves of IN 738LC. Na obr. 4 je uvedena cyklická deformační křivka ve tvaru závislosti amplitudy napětí σ a na amplitudě plastické deformace ε ap stanovené v polovině životnosti. Takto stanovená cyklická deformační křivka je na obr. 4 uvedena v logaritmické reprezentaci. Experimentálními body byla proložena mocninová závislost: ve tvaru σ a = K (ε ap ) n (1) log σ a = log K + n log ε ap, (2) kde K je koeficient cyklického zpevnění a n je exponent cyklického zpevnění. Tyto koeficienty byly stanoveny lineární regresní analýzou a jejich hodnoty jsou: K = 1288 MPa, n = 0,076. 4

Obr. 4. Cyklická deformační křivka superslitiny IN 738LC. Fig.4. Cyclic stress-strain curve of superalloy IN 738LC. 3.2 Křivky únavové životnosti Na obr. 5 a 6 jsou prezentovány křivky únavové životnosti materiálu IN 738LC při pokojové teplotě v logaritmické reprezentaci jako závislost amplitudy plastické deformace ε ap určené v polovině života na počtu cyklů do lomu N f (obr.5) a jako závislost amplitudy napětí σ a stanovené v polovině života na počtu cyklů do lomu N f (obr.6). Experimentálními body ε ap versus N f (obr.5) byla proložena Masonova-Coffinova závislost ε ap = ε f (2N f ) c (3) ve tvaru log ε ap = log ε f + c log 2N f (4) kde ε f je koeficient únavové tažnosti a c je exponent únavové tažnosti, které byly stanoveny lineární regresní analýzou a mají hodnotu: ε f = 1,222, c = -1,038. Experimentálními body σ a versus N f (obr.6) byla proložena Basquinova závislost ve tvaru σ a = σ f (2N f ) b (5) log σ a = log σ f + b log 2N f (6) kde σ f je koeficient únavové pevnosti a b je exponent únavové pevnosti, které byly stanoveny lineární regresní analýzou a mají hodnotu: σ f = 1342 MPa, b = -0,082. 5

Obr. 5. Mansonova-Coffinova křivka životnosti materiálu IN 738LC při pokojové teplotě Fig. 5. Manson-Coffin plot of superalloy IN 738LC at room temperature Obr. 6. Basquinova křivka životnosti při materiálu IN 738LC pokojové teplotě Fig. 6. Basquin plot of superalloy IN 738LC at room temperature 3.3 Fraktografické pozorování únavových ploch Pro studium lomových ploch a míst iniciace únavových trhlin byly vybrány vzorky s různými hodnotami amplitudy celkové deformace pokrývající celý rozsah životností. Lomová plocha je charakterizována výraznou dendritickou strukturou, jak ukazuje obr.7. Obr. 7 Přehled lomové plochy superslitiny IN 738LC (ε a = 0,25 %, N f = 37 948). Fig. 7. Fracture surface of superalloy IN 738LC (ε a = 0,25 %, N f = 37 948). Podrobné studium lomových ploch prokázalo, že jednou z hlavních příčin iniciace únavového lomu jsou slévárenské defekty mikrostaženiny, staženiny (mezidendritické dutiny) obr.8 a obr.9 a další defekty obr.11. Staženiny se vyskytovaly v blízkosti povrchu zkušebních tyčí (obr. 8 a obr.9), kde byly iniciátory trhlin a dále i v objemu zkušební tyče, kde se opět staly iniciátory trhlin (obr. 10). Velikost staženin byla až 1 mm (viz obr. 8). Iniciace trhlin byla také pozorována v okolí strukturních poruch opět v blízkosti povrchu (obr. 11). Na lomové ploše byly nalezeny pole striací obr.10-12. 6

Obr. 8 Detail místa iniciace trhliny Obr. 9 Detail místa iniciace trhliny (vzorek Y28, ε a = 0,6 %, N f = 185) (ε a = 0,45 %, N f = 1 287) Fig. 8 Detail of initiation area Fig. 9 Detail of initiation area (ε a = 0,6 %, N f = 185) (ε a = 0,45 %, N f = 1 287) Obr. 10 Detail lomové plochy Obr. 11 Detail lomové plochy (ε a = 0,25 %, N f = 37 948) (ε a = 0,36 %, N f = 4 886) Fig. 10 Detail of fracture surface Fig. 11 Detail of fracture surface (ε a = 0,25 %, N f = 37 948) (ε a = 0,36 %, N f = 4 886) Obr. 12 Detail lomové plochy (ε a = 0,25 %, N f = 37 948) Fig. 12 Detail of fracture surface (ε a = 0,25 %, N f = 37 948) 7

4. DISKUSE Cyklické zatěžování superslitiny IN 738LC za pokojové teploty je charakterizováno počátečním prudkým zpevněním následovaným sekundárním zpevněním probíhajícím po většinu únavové životnosti. Průběhy zpevnění jsou nejvýraznější u nejvyšších hodnot amplitud zatěžování. V oblasti nízkých amplitud celkové deformace je pozorována stabilní napěťové odezva pokračující až do konce životnosti. Tento průběh křivek zpevnění je v souladu s údaji v literatuře [1]. Experimentálními daty určenými pro popis cyklické deformační křivky lze uspokojivě proložit mocninnou závislostí, přičemž velikost exponentu n je v souladu s výsledky uvedenými v literatuře [1]. Materiál použitý v této práci je charakteristický velkým rozměrem zrna (střední velikost zrna 3,6 mm), což má za následek, že se v měrné části zkušební tyče nachází pouze několik málo zrn. To má výrazný vliv na rozptyl měřených hodnot efektivního modulu pružnosti při odlehčení z tahu a tlaku. Velký rozptyl v hodnotách efektivního modulu pružnosti u vzorků zatěžovaných přibližně stejnou hodnotou amplitudy celkové deformace má za následek výrazný rozdíl v jejich napěťové odezvě. Z výsledků studia lomových ploch zkušebních tyčí vyplývá, že iniciace trhlin probíhá nejčastěji v oblasti slévárenských vad zejména pak na mezidendritických staženinách v blízkosti povrchu, ale i v objemu zkušebních tyčí. 5. ZÁVĚRY Výsledky studia napěťové odezvy, únavové životnosti a faktografického pozorování lomových ploch zkušebních těles ze superslitiny Inconel 738LC cyklicky zatěžovaných s konstantními amplitudami celkové deformace při pokojové teplotě vedou k těmto závěrům: Při vysokých amplitudách celkové deformace probíhá počáteční výrazné zpevnění materiálu. Při nízkých amplitudách je pozorována stabilizovaná napěťová odezva. Cyklickou deformační křivku lze dobře popsat mocninovou funkcí. Únavovou životnost lze charakterizovat Mansonovým-Coffinovým zákonem a Basquinovým zákonem. Únavové trhliny iniciují nejčastěji v oblasti slévárenských vad zejména pak z mezidendritických staženin. Poděkování: Tato práce byla podporována granty GA ČR 106/07/1507 a GA AV ČR 1QS200410502. LITERATURA [1] Jianting, G., Ranucci, D.: Low cycle fatigue behaviour of cast nickel-base superalloy IN738LC at room temperature, Int J Fatigue Vol. 5, No.2, April 1983 [2] Bicego, V., Bontempi, P.: Low cycle fatigue and thermomechanical fatigue behaviour of coated and uncoated INC 738 superalloy, konf. Low cycle fatigue and elasto-plastic behaviour of materials - 2, Elsevier Science Ltd., 1998, p. 137-142 [3] Jiao, F., Zhu, J., Wahi, R.P.: Low cycle fatigue behaviour of IN 738LC at 1223 K, konf. Low cycle fatigue and elasto-plastic behaviour of materials - 3, Elsevier Science Ltd., p. 298-303 [4] Lindé, L., Henderson, P.J.: High temperature fatigue behaviour of coated IN738 LC, konf. Low cycle fatigue and elasto-plastic behaviour of materials, Elsevier Science Ltd., 1998, p. 143-148 [5] Obrtlík, K., Petrenec, M., Man, J., Polák, J.,.: Zkoušky nízkocyklové únavy materiálů za zvýšených teplot konference Životnost materiálů a konstrukcí 2006, ÚFM AV v Brně, s. 139-145. 8