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Un enfoque novedoso de medida in situ se introduce para medir el campo de deformación acumulativa a un nivel de micro escala de grano. Para demostrar la capacidad de enfoque, se estudia el comportamiento de propagación de grieta de fatiga microestructuralmente pequeño en acero inoxidable ferrítico con 18% de cromo. El acero estudiado fue proporcionado en forma de calor en placa con un espesor de 3 mm (véase Tabla de materiales) y promedio de tamaño de grano de alrededor de 17 μm21.
Una medición exitosa requiere que una grieta de fatiga inicial se produce en la punta de muesca de las muestras para análisis de comportamiento de propagación adicional. Para estudiar una microestructuralmente pequeña grieta, la longitud de la grieta inicial debe ser significativamente menor que el tamaño de grano del acero estudiado. Pruebas de fatiga son el desplazamiento controlado para prevenir el crecimiento de la grieta después de la iniciación de grieta de fatiga. Se encontró que el tiempo de iniciación de grieta de fatiga disminuye significativamente con la disminución del cociente de la tensión (R). Así, sólo 10.000 ciclos para iniciación de grieta de fatiga en las muestras analizadas con R-relación de-0.16, mientras que con Rratio 0,1, la grieta de fatiga no inició aún después de 100.000 ciclos. El uso de la relación de carga R =-0.16 permite para aumentar la tensión entre 315 MPa y 350 MPa, teniendo todavía más pequeño máximo estrés de agrietamiento antes que el de prueba de fatiga real.
El crecimiento de grieta de fatiga pequeño intermitente se asocia generalmente a la microestructura. En particular, límites de grano son ampliamente considerados como características microestructurales responsables de la pequeña grieta crecimiento retraso4,5,6,7,8,9 , 10 , 11 , 12. la formulación de la dislocación en el elemento de límite por Hansson et al.13 muestra que los límites de grano de ángulo bajo de mentira en el camino de la ruta del crack pueden resultar en un aumento y disminución de la tasa de crecimiento de la grieta; sin embargo, los límites de grano de ángulo de alta no afectan la tasa de crecimiento de grieta. Las razones físicas que causa el comportamiento del crecimiento anómalo crack no son bien conocidas. Para revelar las características microestructurales, causando el retraso de la pequeña grieta, una caracterización microestructural se realizó antes de la prueba de fatiga de la muestra. El procedimiento de pulido que se describe en el paso 1 es crucial para análisis microestructural fiable utilizando EBSD. En el paso 3, justo antes de análisis EBSD, la limpieza de la muestra en etanol sólo se permite, puesto que el vapor de acetona es peligroso para el detector EBSD.
Para revelar procesos de deformación dentro de granos individuales, el tamaño del patrón moteado debe ser significativamente menor que el tamaño de grano del acero estudiado. Desde el tamaño de grano promedio del acero después de recocido es el μm cerca de 350, el tamaño característico del patrón del punto requerido para el cálculo de la DIC fue escogido para ser aproximadamente 10 μm22,12. El tamaño del patrón moteado debe ser al menos 10 veces más pequeño que el tamaño de grano del acero estudiado para la correcta ejecución del paso 5. La superficie de la pieza está decorada con un patrón moteado con un sello de silicona. Utilizamos una herramienta neumática por encargo (ver figura 6) para un funcionamiento rápido y preciso de la estampilla.
Comportamiento de propagación de grieta de fatiga pequeñas se estudia durante la prueba de fatiga controlada de carga de las muestras previamente agrietadas la proporción R de 0.1 (σmin = 35 MPa σmax = 350 MPa) y la frecuencia de 10 Hz. prueba de la fatiga sigue junto con medida de correlación (DIC) de la imagen digital. El área de interés se monitorea utilizando un microscopio óptico, 16 x lente de Zoom de precisión, con una resolución de 2 μm/píxeles. Imágenes son capturadas durante el temporal (10 s) paradas de la prueba de fatiga en intervalos de 500 ciclos. Durante la adquisición de la imagen, la carga se mantiene constante, con un esfuerzo medio de aproximadamente 210 MPa, con el fin de tener condiciones de carga iguales para todas las imágenes, estabilizar la deformación plástica y evitar cierre de grieta de fatiga y fluencia extensa acompañada de min y max de la carga de fuerza, respectivamente. La novedad del método se basa en in situ DIC imagen grabación de alta resolución que permite revelar las zonas de deformación pequeña formando durante el crecimiento de grieta de fatiga pequeñas. El éxito del experimento depende de la correcta aplicación del procedimiento previamente grietas, selección de intervalo de captura de imagen y ampliación para evitar la desaparición de pequeñas características tales como las zonas de localización de corte observado tensión. Así, la selección apropiada de resolución de la cámara, óptica aumento y punto patrón tamaño como se describe en el paso 5 del Protocolo puede ser crucial para la investigación de los fenómenos de localización de cepa. No obstante, morfología de las zonas de localización de tensión de esquileo es todavía confusa y otras mejoras del patrón moteado y la resolución de la imagen de equipo de grabación.
El enfoque metodológico descrito en este documento es adecuado para análisis de crecimiento de grieta de fatiga pequeñas grietas en materiales de grano grueso. Una combinación de medición de tasa de crecimiento de crack y análisis de campo de tensión en la ayuda a nivel grano sub para revelar el mecanismo que son responsables de crecimiento anómalo de la fatiga pequeñas grietas18, además de los límites de grano ampliamente observado efectos sobre SFCs. comprensión más profunda de los mecanismos de la fractura de fatiga hace posible el desarrollo de nuevos enfoques teóricos y por lo tanto, permite diseño de alumbrador y más estructuras eficientes de energía en el futuro.