Fatigue cracking at grain and phase-boundaries
Description
The mechanisms which lead to fatigue cracks in technical alloys are, in contrast to the crack propagation processes, largely unexplored. Investigations on crack initiation commonly forms on the problem of whether the microstructure of a material has constituents that are particularly prone to fatigue cracking, and how these constituents can be characterized. The better understanding of the cracking mechanisms then can contribute to an improved material development. - In the reported investigation, it was possible to prove the dominant initiation sites at low stress amplitudes for an austenitic high-grade steel (X6 NiCrTi25 16) and a ferritic one (X3 CrTi 17) and to establish a model of crack initiation. Cracking is traced back to stresses which occur on the grain boundaries of account of locally increased elastic anisotropy of the materials. If the adjacent grains are oriented favorably, these stress concentrations cause a concentration of the cyclical plastic shear strain near the grain boundaries; this leads to cracking. To clear up the influence of the lattice structure on the cracking mechanisms, the investigations were extended to the alloys Ti Al5Sn2.5 (single-phase, hcp) and TiAl6V4 (two-phase, hcp and bcc). A preferred crack initiation in transcrystalline slip bands appeared here; the crack initiation was correlated with the twinning during fatigue. (orig.)
Abstract (German)
Die Mechanismen, die zur Bildung der Ermuedungsrisse in technischen Legierungen fuehren, sind im Gegensatz zu den Prozessen bei ihrer Ausbreitung weitestgehend unerforscht. Der Schwerpunkt bei Untersuchungen zur Rissbildung liegt auf der Frage, ob die Mikrostruktur eines Werkstoffes besonders ermuedungsrissanfaellige Bestandteile aufweist und wie diese zu charakterisieren sind. Ein solches Verstaendnis der Rissbildungsmechanismen kann dann zu einer verbesserten Werkstoffentwicklung beitragen. - In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die dominanten Initiationsorte in einem austenitischen (X6 NiCrT25 16) und einem ferritischen (X3 CrTi 17) Edelstahl fuer den Bereich niedriger Belastungsamplituden nachzuweisen und die Rissbildung modellmaessig zu beschreiben. Dabei wird die Rissbildung auf lokal erhoehte Spannungen zurueckgefuehrt, die sich an Korngrenzen aufgrund der elastischen Anisotropie der Werkstoffe ergeben. Diese Spannungskonzentrationen verursachen bei guenstiger Orientierung der benachbarten Koerner eine Konzentration der zyklischen plastischen Abgleitung in der Naehe der Korngrenzen, die ihrerseits zur Rissbildung fuehrt. Um den Einfluss der Gitterstruktur auf die Rissbildungsmechanismen aufzuklaeren, wurden die Untersuchungen auf die Legierungen Ti Al5Sn2.5 (einphasig, hdp) und ti Al6V4 (zweiphasig, hdp und krz) ausgedehnt. Hier zeigte sich eine bevorzugte Risseinleitung in transkristallinen Gleitbaendern und eine mit der mechanischen Zwillingsbildung waehrend der Ermuedung korrelierte Rissinitiation. (orig.)Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Ermuedungsrissbildung an Korn- und Phasengrenzen
Publishing Information
- Publisher
- VDI Verl.
- Imprint Place
- Duesseldorf (Germany)
- ISBN
- 3-18-149818-1
- Imprint Pagination
- 164 p.
- Journal Issue
- no. 98
- Series
- Fortschritt-Berichte VDI. Reihe 18.;Mechanik/Bruchmechanik.
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 23014192
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ALLOY-TI90AL6V4; ALUMINIUM ALLOYS; CHROMIUM STEELS; CRACK PROPAGATION; CRYSTAL STRUCTURE; FATIGUE; GRAIN BOUNDARIES; MICROSTRUCTURE; NICKEL ALLOYS; STRESSES; TIN ALLOYS; TITANIUM ALLOYS; TITANIUM BASE ALLOYS
- Descriptors DEC
- ALLOYS; CARBON ADDITIONS; CHROMIUM ALLOYS; HIGH ALLOY STEELS; IRON ADDITIONS; IRON ALLOYS; IRON BASE ALLOYS; MECHANICAL PROPERTIES; STAINLESS STEELS; STEELS; VANADIUM ALLOYS
Optional Information
- Contract/Grant/Project number
- Contract DFG NE 193/17-1