Author Produced

قياسات سلالة المجال الكامل للتعب ميكروستروكتورالي الصغيرة الكراك نشر استخدام أسلوب ارتباط الصورة الرقمية

Engineering
 

Summary

التعب ميكروستروكتورالي الصغيرة الكراك نمو السلوك هو التحقيق في استخدام نهج منهجية رواية الجمع بين الكراك نمو معدل القياس والسلالة-حقل التحليل للكشف عن الحقل تشوه تراكمية على المستوى الفرعي الحبوب.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Malitckii, E., Remes, H., Lehto, P., Bossuyt, S. Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method. J. Vis. Exp. (143), e59134, doi:10.3791/59134 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

يتم استخدام نهج قياس رواية لتكشف عن ميدان تشوه التراكمي على مستوى الحبوب الفرعية ودراسة تأثير المجهرية على نمو الشقوق الصغيرة ميكروستروكتورالي التعب. منهجية التحليل الميداني سلالة المقترح يستند إلى استخدام تقنية باتيرينج فريدة من نوعها مع حجم البقع واللطخ مميزة لحوالي 10 ميكرون. يتم تطبيق المنهجية المتقدمة لدراسة سلوك صدع التعب الصغيرة في الجسم تركزت مكعب (bcc) Fe-Cr ferritic الفولاذ المقاوم للصدأ مع حجم الحبوب كبيرة نسبيا مما يسمح دقة قياس مكانية عالية المستوى الفرعي الحبوب. يسمح بقياس النمو الكراك التعب الصغيرة الأحداث والتخلف هذه المنهجية والمرتبطة بها مناطق التعريب إجهاد القص المتقطع قبل تلميح الكراك. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يرتبط هذا مع اتجاه الحبوب وحجم. وهكذا، يمكن أن توفر المنهجية المتقدمة أساسية فهم أعمق لسلوك النمو الكراك التعب الصغيرة، اللازمة لتطوير نماذج نظرية قوية لنشر الكراك التعب صغيرة في مواد الكريستالات .

Introduction

حلول خفيفة جديدة مطلوبة لتحسين كفاءة الطاقة في المركبات مثل السفن. تخفيض الوزن من هياكل الصلب الكبيرة من الممكن استخدام المواد الفولاذية متقدم. ويتطلب الاستخدام الفعال للمواد الجديدة والحل خفيف الوزن التصنيع عالية الجودة وتصميم قوي أساليب1،2. طريقة تصميم قوية يعني التحليل الهيكلي تحت شروط تحميل واقعية، مثل الناجمة عن موجه التحميل في حالة سفينة سياحية، فضلا عن حسابات استجابة لتعريف التشوه وتؤكد. يتم تعريف مستوى الإجهاد المسموح به استناداً إلى قوة تفاصيل الهيكلية الحرجة. وفي حالة الهياكل الكبيرة، هذه هي المفاصل الملحومة عادة مع المجهرية متنافرة. واحدة من التحديات الرئيسية تصميم حلول جديدة خفيفة الوزن هو التعب نظراً لطبيعتها التراكمية والمترجمة، وكثيراً ما تجري في اللحام من الشقوق. لتصنيع عالية الجودة، ويهيمن على سلوك التعب بالتعب الصغيرة الكراك (SFC) النمو منذ الناجم عن التصنيع هي عيوب صغيرة جداً1،3. وبالتالي، فهم أساسي لنمو الكراك التعب صغيرة في المواد المعدنية أمر حاسم للاستخدام المستدام فولاذ جديدة في هياكل عالية الأداء.

نماذج فعالة من عملية معقدة كنشر الكراك التعب في المواد المعدنية الكريستالات مستحيل دون فهم واضح للعمليات الفيزيائية المصاحبة لآلية كسر التعب. جهدا كبيرا من مجتمع البحوث ركزت على التحقيق في نشر الكراك التعب استخدام الملاحظة البصرية والتحليل الإحصائي. حتى الآن، حققت التعب الصغيرة الكراك نمو السلوك أساسا بالأساليب النظرية بسبب القيود المفروضة على تقنيات تجريبية. تأخر معدل نمو الكراك التعب الشاذ سفكس يترافق عادة مع الحدود (GB) الحبوب4،،من65،7،،من89. ومع ذلك، الشاذ SFC النمو أسباب لا تزال قيد المناقشة. النتائج التي توصلت إليها النماذج النظرية باستخدام أسلوب تفكك منفصلة ويبين تشكيل جدار التفكك، أو حد قصيرة زاوية منخفضة الحبوب الناجمة عن الاضطرابات تنبعث من تلميح الكراك التعب التي تؤثر على معدل النمو الكراك التعب10 11، ،،من1213. وحتى وقت قريب، كان هناك تحديا في تحليل تجريبي دقيق لسلوك النمو الكراك التعب الصغيرة. الملاحظات التجريبية المطلوبة لتطوير نماذج حسابية على أساس المبادئ الفيزيائية.

لتحليل سلوك التشوه مادي دوري في الصغر فمن المستصوب أن تشوه كامل مجال القياسات التي يمكن الاضطلاع بها في الموقع أثناء تحميل دوري باستخدام معيار الميكانيكية اختبار المعدات، مع القرار المكاني على الأقل الترتيب من حيث الحجم أدناه جدول طول مميزة المجهرية. من أجل فهم التغيرات في معدل نمو الكراك التعب، غالباً ما ترتبط حقول سلالة قياس تشتت ارتدادي الإلكترون الحيود (أبسد) قياسات للمواد المجهرية. كارول وآخرون14 يوفر حقل كامل كمية، مثلاً قياس الموقع من سلالة البلاستيك قرب صدع تعب طويل متزايد في سبيكة فائقة القائم على النيكل، عرض تشكيل الفصوص غير متماثلة في أعقاب نشر الكراك التعب البلاستيك. في أعلى التكبير، الميكروسكوب الإلكتروني ارتباط الصورة الرقمية (DIC) وكشف سلالة إينهوموجينيتيس المرتبطة بالتعريب سلالة في كشف العصابات، مع التوأم وحدود الحبوب التي تمس التعب الكراك السلوك النمو. ومع ذلك، تستخدم السابقين موقعية نهج القياس ليست قادرة على التقاط ميدان الإجهاد أثناء نشر الكراك التعب. دراسة تجريبية للبلاستيك المعقولة أثناء نشر الكراك التعب الطويل كان يؤديها بيرالتا15 استخدام DIC في الموقع للنقاء التجارية ني (99.6%). وكشفت النتائج أن تراكم اللدونة يسيطر القص على طول كشف العصابات التي مددت قبل الكراك وتميل فيما يتعلق باتجاه النمو الكراك. التعريب سلالة الملاحظ في كشف العصابات ربما سببه الحمولة الزائدة، حيث قيم معامل كثافة منخفضة الإجهاد يؤدي إلى طابع مختلط من14،تشوه (القص والضغط العادي)15. وقد لوحظ توزيع الميداني سلالة غير متجانسة على المستوى الفرعي الحبوب ل سبائك الألومنيوم الحبيبات الخشنة16 و الصلب الوجهين17، حيث كان تفعيل نظم كشف الاضطراب المقترن مع شميد في قانون16 ،17.

دراسة حديثة من ماليتكي18 يظهر أن يتم التحكم بسلوك النمو SFC الشاذ بسلالة إينهوموجينيتيس المتعلقة بهيكل الحبوب، أو على وجه الخصوص، بتراكم لمناطق توطين إجهاد القص قبل الكراك. مع أنماط الصغر عالية الجودة والحبوب أكبر من 100 ميكرومتر، مكن المجهر الضوئي DIC القياسات تشوه الحبوب في الموقع الفرعي للمرة الأولى. بيد في18من ماليتكي، رواية المنهجية المطبقة لقياس الضغط البلاستيكية الحقل في الموقع على مدى مئات آلاف دورات التحميل لا قدم أو مناقشتها بالتفصيل. ولذلك، والهدف من هذه الورقة هو الأخذ بهذا النهج التجريبي الجديد لدراسة سلوك نمو الكراك التعب صغيرة في المواد الكريستالات في نظام دورة عالية. جدة النهج الذي يتكون من قياس إجهاد كامل الحقل في الموقع باستخدام تقنية نمط فريد من نوعه، بالإضافة إلى قياس معدل النمو الكراك. لأن هذا الأسلوب يستخدم أجهزة الاستشعار البصري للصورة فإنه يمكن التقاط الآلاف من الإطارات أثناء اختبار التعب. حيود الإلكترونات تشتت ارتدادي (أبسد) تستخدم لوصف ميكروستروكتورال وجنبا إلى جنب مع قياسات DIC للكشف عن تأثير الحدود الحبوب على التعب الصغيرة الكراك نمو التخلف العقلي18. يتم تطبيق النهج لقياس انتشار الكراك التعب الصغيرة في مخفية Cr ferritic الفولاذ المقاوم للصدأ18 محاكاة سلوك الفولاذ الهيكلية للتطبيقات الهيكلية الكبيرة 18%. في هذه الورقة، شرح الخطوات الرئيسية لإجراء القياس، ويوفر مناقشة موجزة للنتيجة الرئيسية.

Protocol

1-إعداد العينة والصلب

  1. معمل ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ ferritic الأصلي مع سماكة 3 مم (انظر الجدول للمواد) لتشكل اللوحة مع مميزة بحجم حوالي 200 ملم × 15 ملم × 1 ملم.
  2. ضع لوحة الصلب المنتجة في أنبوب الكوارتز وضخه (انظر الجدول للمواد) حتى ضغط حوالي 10-6 [مبر].
  3. توفير غاز الأرجون (انظر الجدول للمواد) في أنبوب الكوارتز حتى يصل الضغط عن 0.2 [مبر].
  4. ختم أنبوب الكوارتز مع العينة داخل بتدفئة أنبوب الكوارتز تصل إلى درجة حرارة ذوبان19.
    تحذير: هذا الإجراء الختم خطرة. استخدام الاحتياطات المناسبة مثل حماية العين السليمة، إلخ20.
  5. يصلب الصلب مختومة داخل أنبوب الكوارتز استخدام الفرن الدائرة (انظر الجدول للمواد) في درجة حرارة 1200 درجة مئوية ح 1 والطفايات في المياه.
    ملاحظة: الإجراء انلينغ يزيد حجم متوسط الحبوب من الفولاذ درس ما يصل إلى 350 ميكرون دون تشكيل واسعة النطاق ل الجسيمات كربيد الكروم21.
    تنبيه: الإجراء انلينغ الخطرة. استخدام الاحتياطات المناسبة واتبع التعليمات لدليل الفرن الدائرة.
  6. قطع عينات مسنن (بسمك 1 ملم) من لوحة الملدنة من الفولاذ ferritic درس استخدام الآلات الكهربائية التصريف (EDM، انظر الجدول للمواد). ويرد في الشكل 1مخطط العينة.
    تنبيه: الإجراء قطع EDM الخطرة. استخدام الاحتياطات المناسبة واتبع التعليمات لدليل التنظيم الإداري.
  7. طحن وتلميع سطح العينة.
    1. طحن أسطح العينة باستخدام آلة طحن مع ورق الصنفرة (جدول المواد) حتى يصبح سطح العينة موحدة.
    2. البولندية أسطح العينة باستخدام آلة تلميع مع 3 ميكرومتر ولصق الماس 1 ميكرومتر (انظر الجدول للمواد) لمدة 10 دقائق.
    3. البولندية سطح العينة باستخدام ميكرومتر 0.02 السليكا الغروية اهتزازي تلميع (انظر الجدول للمواد) لحوالي 4 ح؛ وهذا المطلوب لتحليل أبسد.

2-التعب قبل تكسير

  1. تعريف المعلمات اختبار التعب التشرد التي تسيطر تجريبيا.
    1. ضبط التشرد حدود اليورودقيقة واليوروكحد أقصى من مضاعفات آلة هيدروليكية (انظر الجدول للمواد) حيث تكون σدقيقة σماكس في النطاق من-50 عن الآلام والكروب الذهنية، والآلام والكروب الذهنية 300، على التوالي.
      تنبيه: آلة هيدروليكية مضاعفات خطرة. استخدام الاحتياطات المناسبة واتبع التعليمات لدليل آلة هيدروليكية مضاعفات.
    2. دراسة تشكيل الكراك الأولية بعد دورات 2,000، 5,000 و 000 10 باستخدام المجهر الضوئي (انظر الجدول للمواد) لتحديد العدد الأمثل لدورات التعب وتجنب نمو الكراك واسعة النطاق.
  2. إخضاع العينة لتحميل دوري أونياكسيال التشرد التي تسيطر على كمية محددة من دورات.
  3. دراسة تشكيل الكراك الأولية بعد كمية محددة من دورات استخدام المجهر الضوئي. يتم إنتاج الشقوق الأولية مع أطوال تصل إلى حوالي 20 ميكرومتر غيض من الدرجة.
  4. زيادة عدد التعب تحميل دورات إذا لم تنتج الكراك الأولية.
  5. استبدال العينة إذا تجاوز طول الكراك الأولية 50 ميكرومتر.

3-ميكروستروكتورال الوصف

  1. قم بتنظيف العينة ما قبل متصدع.
    1. تنظيف العينة ما قبل متصدع مع الأسيتون لمدة 20 دقيقة الموجات فوق الصوتية باستخدام حمام (انظر الجدول للمواد).
    2. تنظيف العينة ما قبل متصدع مع الإيثانول لمدة 20 دقيقة الموجات فوق الصوتية باستخدام حمام (انظر الجدول للمواد).
  2. وضع علامة على المنطقة المدروسة باستخدام فيكرز ميكرويندينتيشنز كما هو مبين في الشكل 2 ألف.
    1. اتبع الإرشادات التي تظهر ميكرويندينتور فيكرز (انظر الجدول للمواد) لأداء علامات ميكرويندينتيشن.
    2. إدراج العينة في اختبار الصلادة فيكرز الصغرى (انظر الجدول للمواد).
    3. تعيين المسافة البادئة للقوة في 500 أ.
    4. ضبط موضع لعلامة المسافة البادئة فيكرز في حوالي 500 ميكرومتر جانبية من غيض من الدرجة الأولى. إعداد المسافة البادئة الثانية في الجانب الآخر.
    5. ضبط موضع لعلامة المسافة البادئة الثالثة في حوالي 500 ميكرومتر جانبية وحوالي 400 ميكرون بعيداً عن الحافة حز.
  3. تحليل المجهرية الفولاذ من سطح العينة محيط الدرجة استخدام تحليل حيود (أبسد) تشتت ارتدادي إلكترون الجانب (انظر الجدول للمواد).
    1. اتبع دليل التعليمات للمسح الإلكتروني المجهري لإجراء تحليل أبسد.
    2. تعيين التكبير في 200 x.
    3. ضبط موضع العينة تحت كاشف أبسد. ضمان بنصيحة الشق وثلاث علامات ميكرويندينتيشن فيكرز في إطار أبسد المسح (انظر الشكل 2).
    4. تعيين حجم الخطوة أبسد المسح في 2 ميكرومتر. المسح المدة حوالي 1 ساعة.

4-الديكور مع نمط

  1. تنظيف سطح العينة مع الإيثانول (انظر الجدول للمواد) لمدة 10 دقيقة باستخدام الحمام بالموجات فوق الصوتية.
  2. الجاف للعينة باستخدام مروحة.
  3. تنظيف شريحة مجهر باستخدام منديل ورق غارقة مع الإيثانول (انظر الجدول للمواد).
  4. إيداع طبقة رقيقة من الحبر على سطح الزجاج الشريحة المجهر. علامة دائمة توفر طبقة موحدة من الحبر على سطح الزجاج باليد.
  5. اضغط على ختم سيليكون مع النقش على سطح الزجاج لنقل طبقة من الحبر على السطح الطابع.
  6. اضغط لأسفل على ختم سيليكون مغطاة بالحبر على سطح العينة.
  7. التحقق من جودة نمط البقع واللطخ باستخدام المجهر الضوئي. ويرد مثال على نمط البقع واللطخ في الشكل 3. انظر مراجع23 من22،للحصول على تفاصيل عن نمط والطباعة ميكروكونتاكت.
  8. تأكد من أن حجم نمط البقع واللطخ على الأقل 10 مرات أصغر من حجم الحبوب من المواد التي شملتها الدراسة.
    ملاحظة: إجراء الخطوات 2 و 3 و 4 بوقت كاف لتجنب تجفيف الحبر. تحديد وقت تجفيف تجريبيا.

5-التعب الاختبار مع مدينة دبي للإنترنت

  1. تعيين العينة في آلة هيدروليكية servo (انظر الجدول للمواد).
    تنبيه: آلة هيدروليكية مضاعفات خطرة. استخدام الاحتياطات المناسبة واتبع التعليمات لدليل آلة هيدروليكية مضاعفات.
  2. ضبط معلمات اختبار التعب يسيطر عليه تحميل استخدام R = 0.1 (σدقيقة = 35 الآلام والكروب الذهنية، σماكس = 350 الآلام والكروب الذهنية) واختبار التردد من 10 هرتز باستخدام برامج مراقبة الجهاز التعب.
  3. قم بإعداد مجهر ضوئي مع 16 × عدسة تكبير الدقة (انظر الجدول للمواد) للمراقبة البصرية للعينة حقق المجال.
  4. تجهيز المجهر الضوئي مع كاميرا رقمية بدقة بكسل بكسل 2,048 x 1,536.
  5. ضبط نسبة تكبير المجهر الضوئي يدوياً.
    1. التأكد من أن كل حقق مجال العينة تناسبها في مجال الصور من الكاميرا الرقمية.
    2. تأكد من أن حجم بكسل على الأقل 5 مرات أصغر من حجم نمط.
  6. تشغيل اختبار التعب، وتزامن مع صورة نظام التسجيل.
    1. التقاط الصور أثناء المؤقتة (10 ق) توقف اختبار التعب في الفترات الفاصلة بين دورات 500.
    2. التأكد من أن الحمل هو عقد مستمر مع إجهاد متوسط حوالي 210 الآلام والكروب الذهنية أثناء الحصول على الصور.
  7. مواصلة اختبار التعب حتى طول الكراك النهج قيمة حرجة أو اللدونة صافي-قسم يبدأ في السيطرة على.

6-نتائج التحليل

  1. استخدام الصور الخام التي تم الحصول عليها بإجراء تحليل DIC لاستخدام برمجيات تجارية ومعدل النمو "الكراك" (CGR) (انظر الجدول للمواد).
    1. استخدم دليل العمليات لإجراء تحليل المتكاثف. علما بأن تحليل معدل النمو الكراك من الممكن تنفيذها باستخدام البرمجيات التجارية تلقائياً أو يدوياً.
    2. أداء تحليل المتكاثف يدوياً باستخدام مجموعة بيانات الصورة الخام بالقياس لزيادة طول الكراك بعد كل 500 دورات.
  2. تحليل تشوه إجهاد القص للمنطقة المدروسة باستخدام البرمجيات التجارية.
    1. استخدم دليل العمليات لإجراء تحليل تشوه إجهاد القص.
    2. ضمان أن الارتباط الوضع في إعدادات الوقت سلسلة من البرامج يتم اختياره ليكون "بالنسبة للأولى".
  3. إجراء تحليل ميسورينتيشن عامل والحبوب شميد أبسد البيانات باستخدام مربع الأدوات متيكس مفتوحة المصدر (انظر الجدول للمواد).
    ملاحظة: تتوفر تفاصيل حول تحليل ميسورينتيشن عامل والحبوب شميد في دليل المستخدم من مربع الأدوات متيكس24.
  4. إجراء التحليل التراكمي للنتائج التي تم الحصول عليها.
    ملاحظة: التحليل التراكمي الذي نوقش في الرقم18.
    1. استخدام علامات ميكرويندينتيشن فيكرز لتطابق خريطة الحدود الحبوب، وخريطة ميسورينتيشن وخريطة عامل شميد على رأس الحقل تشوه إجهاد القص18.
    2. تعريف العلاقة بين المتكاثف وحقل إجهاد والمجهرية (ميسورينتيشن والخرائط عامل شميد)18.

Representative Results

استخدام المنهجية المقترحة، يمكننا تحليل الحقل تشوه الحبوب الفرعية تراكم أثناء نشر الكراك التعب الصغيرة تحت تحميل دوري. يتم التوصيف على مستوى الحبوب دون إظهار ملامح صغيرة من سلوك المواد تحت التعب تحميل حتى داخل حبة واحدة. على وجه الخصوص، لوحظ تشكيل القص إجهاد التعريب الحقول كما هو موضح في الشكل 4. وأجريت عددا من الاختبارات للتحقق من الظواهر المرصودة.

ميدان تشوه يقترن بسهولة مع صورة الحدود الحبوب لتوصيف شاملة من الميزات مسؤولة عن سلوك النمو الشاذ الشقوق التعب الصغيرة (انظر الشكل 5). التحليل التراكمي تشوه الحقل والمجهرية، ومعدل نمو الكراك وتكشف مسار الكراك اعتماد بين الكراك صغيرة نمو معدل التخلف العقلي وتراكم القص إجهاد تعريب المنطقة18، كما هو مبين في الفيديو.

Figure 1
الشكل 1 : عرض التخطيطي للعينة اختبار التعب من الفولاذ المقاوم للصدأ ferritic درس (الأبعاد في مم)- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : SEM الصورة السطحية الجانبية للعينة الفولاذ المقاوم للصدأ ferritic محيط منطقة مسنن (أ) وبه خريطة الشكل (IPF) القطب معكوس مع مفتاح الحكومي في داخلي (ب)- وأجرى محاذاة الحقل سلالة DIC والصورة أبسد مع مساعدة ميكرويندينتيشنز فيكرز تبديه الدوائر متقطع (أ). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3. مجهرية ضوئية من سطح العينة الجانب مزينة بنقش.

Figure 4
الشكل 4 . تراكم المتقطع لمناطق توطين إجهاد القص أثناء النمو الكراك التعب صغيرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 . اثنين من الأمثلة (وب) من وجهة نظر مجتمعة القص اختبار حقل إجهاد والمجهرية من الفولاذ درس في التعب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الرقم 6 . آلة هوائية مصنوعة خصيصا للديكور نمط العينات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- 

Discussion

يتم إدخال نهج قياس في الموقع رواية لقياس مجال تشوه التراكمي على مستوى الصغر الحبوب. من أجل إثبات القدرة على النهج، هو دراسة السلوك نشر الكراك التعب ميكروستروكتورالي الصغيرة في ferritic الفولاذ المقاوم للصدأ مع الكروم 18%. الفولاذ درس وقدم في شكل حار تدحرجت لوحة مع سماكة 3 مم (انظر الجدول للمواد)، ومتوسط حجم الحبوب من حوالي 17 ميكرومتر21.

قياس نجاح يتطلب أن ينتج صدع تعب أولى في تلميح الشق من العينات لتحليل السلوك نشر المزيد. من أجل دراسة صدع ميكروستروكتورالي صغيرة، ينبغي أن يكون طول الكراك الأولى أصغر بكثير من حجم الحبوب من الفولاذ درس. اختبار التعب هو التشريد الخاضعة لمنع نمو الكراك بعد بدء الكراك التعب. ووجد أن وقت البدء في صدع التعب يقلل إلى حد كبير مع انخفاض نسبة الإجهاد (R). وهكذا، كانت دورات فقط 10,000 المطلوبة لبدء الكراك التعب في عينات اختبار مع نسبة-R-0.16، بينما مع رراتيو 0.1، لم تشرع الكراك التعب حتى بعد دورات 100,000. يسمح استخدام نسبة التحميل-R = 0.16 لزيادة مدى الإجهاد من الآلام والكروب الذهنية 315 إلى 350 الآلام والكروب الذهنية، أن التوتر لا يزال أصغر من الحد الأقصى لتكسير سابقة من تلك التجارب الفعلية من التعب.

نمو الكراك التعب صغيرة متقطعة مقترن عادة المجهرية. على وجه الخصوص، حدود الحبوب تعتبر على نطاق واسع كميزات ميكروستروكتورال المسؤولة عن الكراك الصغيرة تخلف النمو4،6،5،7،،من89 , 10 , 11 , 12-صياغة التفكك في عنصر الحدود هانسون et al.13 تبين أن حدود الحبوب المنخفضة زاوية الكذب تعترض مسار الكراك يمكن أن ينتج كلا من زيادة ونقصان معدل النمو الكراك؛ ومع ذلك، حدود زاوية مرتفعة الحبوب لا تؤثر على معدل النمو الكراك. الأسباب المادية التي تسبب السلوك النمو الشاذ الكراك ليست معروفة جيدا. كي تكشف عن ملامح ميكروستروكتورال مما تسبب في تأخر الكراك الصغيرة، تم إجراء توصيف ميكروستروكتورال قبل التعب اختبار العينة. حاسمة بالنسبة للتحليل ميكروستروكتورال موثوق بها باستخدام أبسد صقله الإجراء الموضح في الخطوة 1. في الخطوة 3، قبل تحليل أبسد، تنظيف العينة في الإيثانول مسموح فقط، نظراً لبخار الأسيتون الخطرة لكاشف أبسد.

بغية الكشف عن عمليات التشوه داخل الحبوب الفردية، يجب أن يكون حجم نمط البقع واللطخ أصغر بكثير من حجم الحبوب من الفولاذ درس. منذ الحبوب متوسط الحجم من الصلب بعد الصلب هو حوالي 350 ميكرون، اختير حجم المميزة لنمط البقع واللطخ المطلوبة لحساب DIC أن يكون حوالي 10 ميكرون22،12. يجب أن يكون حجم نمط البقع واللطخ على الأقل 10 مرات أصغر من حجم الحبوب من الفولاذ درس للتنفيذ السليم للخطوة 5. سطح العينة مزين بنمط البقع واللطخ باستخدام ختم سيليكون. نحن نستخدم أداة مصنوعة خصيصا لتعمل بالهواء المضغوط (انظر الشكل 6) لعملية سريعة ودقيقة للطوابع.

هو درس التعب الصغيرة الكراك نشر السلوك أثناء التعب يسيطر عليه تحميل اختبار العينات ما قبل متصدع استخدام R-نسبة 0.1 (σدقيقة = 35 الآلام والكروب الذهنية، σماكس = 350 الآلام والكروب الذهنية) وتواتر 10 هرتز. التعب الاختبار التالي جنبا إلى جنب مع الصورة الرقمية قياس الارتباط (DIC). مجال الاهتمام رصد استخدام مجهر بصري، 16 × عدسة تكبير الدقة، مع قرار من 2 ميكرومتر/بكسل. الصور التي تم التقاطها أثناء المؤقتة (10 ق) توقف اختبار التعب في الفترات الفاصلة بين دورات 500. يقام أثناء الحصول على الصور، التحميل ثابت، مع إجهاد متوسط حوالي 210 الآلام والكروب الذهنية، ولظروف التحميل متساوية لكل الصور، استقرار اللدونة، وتجنب إغلاق صدع التعب ومصحوبة بزحف واسعة النطاق الحد الأدنى والحد الأقصى لتحميل القوة، على التوالي. جدة الأسلوب الذي يستند على الاستبانة في الموقع تسجيل الصورة DIC الذي يسمح للكشف عن مناطق صغيرة تشوه تشكيل أثناء النمو الكراك التعب الصغيرة. نجاح التجربة يتوقف على التنفيذ السليم لإجراءات ما قبل تكسير واختيار الفاصل الزمني لالتقاط الصورة والتكبير لمنع الخلط بين ميزات الصغيرة مثل مناطق التعريب إجهاد القص ملاحظتها. وهكذا، الاختيار السليم لدقة الكاميرا، بصري التكبير والبقع واللطخ النمط كما هو موضح في الخطوة 5 من البروتوكول يمكن أن يكون حجم حاسمة بالنسبة للتحقيق في ظاهرة التعريب سلالة. بيد أن مورفولوجية منطقتي التعريب إجهاد القص لا يزال غير واضح ويحتاج إلى إدخال المزيد من التحسينات على نمط البقع واللطخ ودقة الصورة معدات التسجيل.

النهج المنهجية المبينة في هذه الورقة مناسبة لتحليل نمو الكراك من الشقوق الصغيرة التعب في مواد خشن الحبيبات. مزيج من قياس معدل النمو الكراك وتحليل السلالة-حقل في sub الحبوب يساعد على مستوى الكشف عن الآلية التي المسؤولة عن النمو الشاذ من التعب الصغيرة الشقوق18، بالإضافة إلى حدود الحبوب لوحظ على نطاق واسع، آثار سفكس. فهم أعمق لآليات كسر التعب يجعل من الممكن وضع نهج نظرية جديدة وهكذا، يتيح تصميم أخف وزنا وأكثر هياكل كفاءة الطاقة في المستقبل.

Disclosures

الكتاب قد لا يوجد تضارب المصالح المالية الكشف عن.

Acknowledgments

S43940 تلزم جانب الصمت ASTM ferritic الفولاذ المقاوم للصدأ وقدمت "شركة اوتوكومبو ثنية غير القابل للصدأ". البحث معتمد من قبل أكاديمية فنلندا مشروع № 298762 و "الفأر ألتو جامعة كلية الهندسة" ودراسات ما بعد الدكتوراه التمويل "لا 9155273 الفأر ألتو جامعة كلية للهندسة". وأجرى نشر الفيديو مع دعم من ميكو راسكينين من "مصنع الوسائط الفأر ألتو".

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Sigma-Aldrich STBH7695 Acetone pyrity ≥ 99.5 %
Argon gas Oy AGA Ab, Industrial Gases (Finland) UN 1006 Gas purity ≥ 99.9999 %
Chamber furnace Lenton 4934 heat range 20-1200 oC
Commercial software DaVis 8 LaVision Inc. Commercial software used for crack growth rate and strain field analysis
Custom-made pneumatic stamping tool Aalto University Made in Aalto University
Diamond paste Struers Inc. DP-Mol. 3 µm, DP-Nap. 1 µm, Paste for polishing
Emery paper Struers Inc. FEPA P #800, FEPA P #1200, FEPA P #2500 Paper for grinding
Ethanol Altia Industrial ETAX Ba Ethanol pyrity ≥ 99.5 %
FEG-SEM scanning electron microscope ZEISS ULTRA 55 EBSD analysis
Ferritic stainless steel Outokumpu Stainless Oyj (Finland) Core 441/4509 (ASTM UNS S43940) 3 mm rolled plate
For Vacuum pump Leybold-Heraeus D4B/WS
Grinding machine Struers Inc. LaboPol-21 Hand grinding
MasterMet 2 Non-Crystallizing Colloidal Silica Polishing Suspension Buehler Inc. 40-6380-064 0.02 µm colloidal silica 
MatLab software MathWorks Inc. MatLab software used as a platform for MTEX toolbox
Micro Vickers hardness tester Buehler Inc. 1600-6400
MTEX software Open source Open source toolbox based on MatLab for analysis of the EBSD data (http://mtex-toolbox.github.io/)
Optical microscope Nikon Corporation EPIPHOT 200
Polishing machine Struers Inc. LaboPol-5 Hand polishing
Servo hydraulic machine MTS system corporation 858 Table Top System
Turbomolecular pump Leybold-Heraeus Turbovac 50
Vibratory polisher Buehler Inc. VibroMet 2 Automatic polishing
Wire-cut EDM TamSpark Oy Charmilles robofil 400 wire diameter 0.15 mm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Remes, H. Factors affecting the fatigue strength of thin-plates in large structures. International Journal of Fatigue. 101, 397-407 (2017).
  2. Lillemäe, I., Remes, H., Liinalampi, S., Itävuo, A. Influence of weld quality on the fatigue strength of thin normal and high strength steel butt joints. Welding in the World. 60, 731-740 (2016).
  3. Remes, H. Strain-based approach to fatigue crack initiation and propagation in welded steel joints with arbitrary notch shape. International Journal of Fatigue. 52, 114-123 (2013).
  4. Tokaji, K., Ogawa, T. The growth behavior of microstructurally small fatigue cracks in metals. Short Fatigue Cracks, ESIS 13. Miller, K. J., de los Rios, E. R. Mechanical Engineering Publication. London. 85-89 (1992).
  5. Tokaji, K., Ogawa, T., Harada, Y. Evaluation on limitation of linear elastic fracture mechanics for small fatigue crack growth. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 10, 281-289 (1987).
  6. Tokaji, K., Ogawa, T. The growth behavior of microstructurally small fatigue cracks in metals. Short Fatigue Cracks, ESIS 13. Miller, K. J., de los Rios, E. R. Mechanical Engineering Publications. London. 85-89 (1992).
  7. McClintock, F. A. On the plasticity of the growth of fatigue cracks. Fracture of Solids. 20, 65-102 (1963).
  8. Doquet, V. Micromechanical simulations of microstructure-sensitive stage I fatigue crack growth. Fatigue & Fracture Engineering Materials & Structures. 22, 215-223 (1998).
  9. Ohr, S. M. An electron microscope study of crack tip deformation and its impact on the dislocation theory of fracture. Materials Science and Engineering. 72, 1-35 (1985).
  10. Influence of low-angle grain boundaries on short fatigue crack growth studied by a discrete dislocation method. Bjerkén, C., Melin, S. Proceedings of the 17th European Conference Fracture, 2-5 September, Czech Republic,, VUTIUM Brno. (2008).
  11. Bjerkén, C., Melin, S. Growth of a short fatigue crack - long term simulation using a dislocation technique. International Journal of Solids and Structures. 46, 1196-1204 (2009).
  12. Shen, Z., Wagoner, R. H., Clark, W. A. T. Dislocation and grain boundary interactions in metals. Acta Metallurgica. 36, 3231-3242 (1988).
  13. Hansson, P., Melin, S. Grain boundary influence on short fatigue crack growth rate. International Journal of Fracture. 165, 199-210 (2010).
  14. Carroll, J. D., Abuzaid, W., Lambros, J., Sehitoglu, H. High resolution digital image correlation measurements of strain accumulation in fatigue crack growth. International Journal of Fatigue. 57, 140-150 (2013).
  15. Peralta, P., Choi, S. H., Gee, J. Experimental quantification of the plastic blunting process for stage II fatigue crack growth in one-phase metallic materials. International Journal of Plasticity. 23, 1763-1795 (2007).
  16. Zhang, N., Tong, W. An experimental study on grain deformation and interactions in an Al-0.5%Mg multicrystal. International Journal of Plasticity. 20, 523-542 (2004).
  17. Bartali, A. E., Aubin, V., Degallaix, S. Surface observation and measurement techniques to study the fatigue damage micromechanisms in a duplex stainless steel. International Journal of Fatigue. 31, 2049-2055 (2009).
  18. Malitckii, E., Remes, H., Lehto, P., Yagodzinskyy, Y., Bossuyt, S., Hänninen, H. Strain accumulation during microstructurally small fatigue crack propagation in bcc Fe-Cr ferritic stainless steel. Acta Materialia. 144, 51-59 (2018).
  19. http://www.ilpi.com/glassblowing/tutorial_ampule.html. http://www.ilpi.com/glassblowing/tutorial_ampule.html. (2018).
  20. http://www.ilpi.com/msds/ref/ppe.html. http://www.ilpi.com/msds/ref/ppe.html (2018).
  21. Malitckii, E., Yagodzinskyy, Y., Lehto, P., Remes, H., Romu, J., Hänninen, H. Hydrogen effects on mechanical properties of 18%Cr ferritic stainless steel. Material Science and Engineering A. 700, 331-337 (2017).
  22. Optimized patterns for digital image correlation. Proceedings of the 2012 Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics, Imaging Methods for Novel Materials and Challenging Applications. Bossuyt, S. 3, 239-248 (2013).
  23. Coren, F., Palestini, C., Lehto, M., Bossuyt, S., Kiviluoma, P., Korhonen, A., Kuosmanen, P. Microcontact printing on metallic surfaces for optical deformation measurements. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. 66, 184-188 (2017).
  24. Documentation. http://mtex-toolbox.github.io/documentation.html (2018).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics