Creep–Fatigue Interaction of Inconel 718 Manufactured by Electron Beam Melting

Electron beam melting of Ni-base superalloy Inconel 718 allows producing a columnar-grained microstructure with a pronounced texture, which offers exceptional resistance against high-temperature loading with severe creep–fatigue interaction arising in components of aircraft jet engines. This study considers the deformation, damage, and lifetime behavior of electron-beammelted Inconel 718 under in-phase thermomechanical fatigue loading with varying amounts of creep–fatigue interaction. Strain-controlled thermomechanical fatigue tests with equal-ramp cycles, slow–fast cycles, and dwell time cycles are conducted in the temperature range from 300 to 650 °C. Results show that both dwell time and slow–fast cycles promote intergranular cracking, gradual tensile stress relaxation, as well as precipitate dissolution and coarsening giving rise to cyclic softening. The interplay of these mechanisms leads to increased lifetimes in both dwell time and slow–fast tests compared to equal ramp tests at higher strain amplitudes. Conversely, at lower mechanical strain amplitudes, the opposite is observed. A comparison with results of conventional Inconel 718 indicates that the electron-beam-melted material exhibits superior resistance against strain-controlled loading at elevated temperatures such as thermomechanical fatigue

Tensile properties of polypropylene additively manufactured by FDM

Polypropylene (PP) is an extensively studied and tested environment-friendly polymer, whose applications range from product packaging in the food industry to biomedical applications. It is a non-toxic, lightweight material, relatively simple for processing. Research findings show that PP material has higher elongation than any other thermoplastic material used in Fused Deposition Modeling (FDM) technology, which is the most developed and used extrusion based additive technology. In FDM, many printing parameters must be set before the actual additive manufacturing process, and they have a decisive influence on the mechanical properties of fabricated parts. In this research, layer height, infill density, and raster orientation are the parameters considered in the analysis, resulting in four specimen batches being prepared for tensile testing

Damage mechanisms in nickel-based superalloy René 41 subjected to fatigue

Předkládaná práce se zabývá vznikem poškození ve tvářené niklové superslitině René 41, která je podrobena únavovému zatěžování za pokojové a zvýšené (800 °C) teploty. Slitina byla zkoumána ve dvou termodynamických stavech: po rozpouštěcím žíhání a po stárnutí. Jednoosé zkoušky nízkocyklové únavy byly prováděny symetricky vzhledem k řízené veličině, kterou byla celková podélná deformace. Za účelem studia mechanismů poškození a jejich souvislosti s plastickou deformací byly aplikovány techniky elektronové mikroskopie doplněné o analýzu cyklické odezvy ve formě hysterezních smyček statistickým přístupem. Navíc byly provedeny přerušované únavové zkoušky za účelem studia vývoje povrchového reliéfu ve vztahu k dislokační substruktuře, k čemuž bylo opět využito elektronové mikroskopie. Porušení za pokojové teploty bylo povětšinou transkrystalické, únavové trhliny iniciovaly především uvnitř zrn z povrchového reliéfu. Srovnáme-li dva zkoušené stavy, stárnutý materiál vykazoval vyšší hodnoty cyklického napětí a při srovnatelném napětí dosahoval vyšších životností. Cyklická deformace byla od prvního cyklu lokalizována do persistentních skluzových pásů. Bylo zjištěno, že většina skluzových pásů vzniká na začátku únavového života, kvůli čemuž jsou koherentní precipitáty ‘ významně deformovány pouze na začátku únavového života. Skluz v persistentních skluzových pásech vedl k vytvoření povrchového reliéfu ve formě skluzových schodů, extruzí a intruzí. Vznik povrchového reliéfu byl podrobně diskutován s existujícími modely. Vysokoteplotní expozice měla za následek oxidaci povrchu, zejména na oslabených hranicích zrn, kde iniciovaly a následně se šířily únavové trhliny. Výsledné poškození bylo tudíž interkrystalické

Damage mechanisms in nickel-based superalloy René 41 subjected to fatigue

Předkládaná práce se zabývá vznikem poškození ve tvářené niklové superslitině René 41, která je podrobena únavovému zatěžování za pokojové a zvýšené (800 °C) teploty. Slitina byla zkoumána ve dvou termodynamických stavech: po rozpouštěcím žíhání a po stárnutí. Jednoosé zkoušky nízkocyklové únavy byly prováděny symetricky vzhledem k řízené veličině, kterou byla celková podélná deformace. Za účelem studia mechanismů poškození a jejich souvislosti s plastickou deformací byly aplikovány techniky elektronové mikroskopie doplněné o analýzu cyklické odezvy ve formě hysterezních smyček statistickým přístupem. Navíc byly provedeny přerušované únavové zkoušky za účelem studia vývoje povrchového reliéfu ve vztahu k dislokační substruktuře, k čemuž bylo opět využito elektronové mikroskopie. Porušení za pokojové teploty bylo povětšinou transkrystalické, únavové trhliny iniciovaly především uvnitř zrn z povrchového reliéfu. Srovnáme-li dva zkoušené stavy, stárnutý materiál vykazoval vyšší hodnoty cyklického napětí a při srovnatelném napětí dosahoval vyšších životností. Cyklická deformace byla od prvního cyklu lokalizována do persistentních skluzových pásů. Bylo zjištěno, že většina skluzových pásů vzniká na začátku únavového života, kvůli čemuž jsou koherentní precipitáty ‘ významně deformovány pouze na začátku únavového života. Skluz v persistentních skluzových pásech vedl k vytvoření povrchového reliéfu ve formě skluzových schodů, extruzí a intruzí. Vznik povrchového reliéfu byl podrobně diskutován s existujícími modely. Vysokoteplotní expozice měla za následek oxidaci povrchu, zejména na oslabených hranicích zrn, kde iniciovaly a následně se šířily únavové trhliny. Výsledné poškození bylo tudíž interkrystalické.The present study deals with the aspects of fatigue damage in a wrought Ni-based superalloy René 41. The material of interest was investigated in two thermodynamical states: solutionised and aged. Uniaxial, fully-reversed low-cycle fatigue tests were conducted at room and elevated (800 °C) temperatures under total strain amplitude control. To study the relevant damage mechanisms and reveal their connection to plastic deformation, a detailed analysis of the cyclic response using a statistical approach was performed, and advanced microscopy techniques were employed, namely scanning and transmission electron microscopy. Interrupted fatigue tests were performed to study the evolution of surface relief and the underlying dislocation structure. After each interruption, the evolution of the microstructure was analysed using electron microscopy techniques. At room temperature, the damage was mostly transgranular, and the cracks initiated predominantly within grains from the roughened surface. Comparing the two investigated material states, the aged material attained higher stresses and exhibited higher lifetimes in service-relevant stress-life relation. Cyclic deformation was found to localize to persistent slip bands since the first cycle, and the majority of slip bands formed very early in the fatigue life. Hence, shearing of the strengthening phase, coherent ’ precipitates, occurred largely only in the first few cycles. Due to the cyclic slip localization, surface roughening emanated in the form of slip steps, extrusions and intrusions. The formation of surface relief was thoroughly discussed with existing models. The exposure to high temperatures led to an environmental attack, due to which an oxide layer formed on the surface. The cracks initiated and propagated along weakened grain boundaries, and the resulting damage was thus intergranular.

Recrystallization study of free-cutting steel by in-situ SEM/EBSD technique

Rekrystalizační žíhání bývá zařazováno při výrobě součástí z automatových ocelí za účelem zvýšení tažnosti tvářených polotovarů před tvářením na finální tvar. K pochopení dějů odehrávajících se během žíhání v materiálu je vhodné užít in-situ technik, které umožňují sledovat změny v materiálu v reálném čase na původním místě, kde děj probíhá. Ke sledování změn na úrovni zrn je ideální metodou pozorování na základě difrakce zpětně odražených elektronů – EBSD – v rastrovacím elektronovém mikroskopu – SEM. Je tak možné sledovat nukleaci, růst a následně potenciální hrubnutí rekrystalizované struktury. Speciální konstrukce tahového stolku umožňuje pozorovat změny na vzorku přímo při tahové zkoušce. Díky tomu lze posoudit vliv vměstků MnS na plasticitu automatových ocelí. Materiály studovanými v této práci jsou konvenční automatová ocel 11SMnPb30 a její bezolovnatá varianta 11SMnBi30.Placing recrystallization annealing in a manufacturing proces is often necessary in order to restore plasticity of worked blanks right before working products to its final shape. For better understanding of processes which are taking place in a material during annealing the use of in-situ techniques is favorable. Such observations enable us to watch changes in the materiál in real time at the original spot. Observations at grain-level are ideally made with scanning electron microscope – SEM by electron back-scattered diffraction – EBSD. The technique makes watching nucleation, growth and potential coarsening of recrystallized grains possible. Special construction of a tensile stage allows us to watch changes of a sample during tensile tests which can be used in observing influence of MnS inclusions on plasticity of free-cutting steels. Materials studied in this work are commonly used free-cutting steel 11SMnPb30 and its lead-free alternative 11SMnBi30.

Process Gas Heating Systems in Cold Spraying

Cílem bakalářské práce je představit systémy ohřívání pracovního plynu u technologie kinetického nanášení. Hlavní částí práce je popis používaných způsobů ohřevu vysokotlakého plynu v současné praxi kinetického nanášení a představení komerčních produktů. Část práce se věnuje vlivu teploty pracovního média na charakteristiky povlakovacího procesu. Závěrečná kapitola shrnuje způsoby ohřevu plynu v jiných průmyslových aplikacích pro jejich potenciální využití u technologie kinetického nanášení.The goal of this bachelor's thesis is to present ways of gas heating used in the cold spray technology. Primarily the work is focused on description of currently-used techniques of high-pressure gas heating in cold spray and introduction to commercial products. Part of the work is dedicated to the gas temperature influence on the coating process. Gas heating methods in various industrial applications are summarized in the final chapter for potential use in cold spray technology.

PRINTING PARAMETER IMPACT ON PLA MATERIAL FRACTURE TOUGHNESS RESULTS

The structural life of a functional component includes the period when the component has developed some sort of defect (e.g., crack). In such cases, damage-tolerant design utilizes fracture mechanics parameters for the assessment of the component’s structural capability to withstand loads expected in the exploitation. One of the most fundamental parameters is the stress intensity factor, which characterizes the stress state near the crack tip. The critical value of this parameter is called fracture toughness, and it is the most suitable failure criterion for brittle materials. One of the most used materials in fused deposition modeling (FDM) technology is PLA polymer, known for its brittle behaviour. Due to good mechanical properties in comparison with other FDM polymers and excellent biocompatibility, the PLA material is not just a material for prototyping purposes but may also serve as a material for functional applications in medicine, food packaging, etc. The FDM printing parameters influence the final component's mechanical properties. The aim of this paper is to assess the impact of printing parameters, such as layer height, infill density, and raster orientation, on fracture toughness values

Effect of building direction and heat treatment on mechanical properties of Inconel 939 prepared by additive manufacturing

This study investigated the effect of building direction (BD) and three-step heat treatment on the microstructure and mechanical properties of a nickel-based superalloy Inconel 939 produced by additive manufacturing (AM), and it revealed the differences to the conventional cast superalloy. Tensile specimens were printed in horizontal and vertical BDs, and tensile tests were performed at room temperature, 700 °C and 800 °C. Thorough microstructural scrutiny conducted through light and electron microscopy revealed microstructural differences between AM and cast Inconel 939. The columnar grain structure with a preferential orientation of was typical for AM alloy, whereas polyhedral grain without any specific orientation was typical for cast alloy. Experiments showed that the AM material had much better mechanical properties than the cast material. Heat treatment resulted in a formation of a fine dispersion of spherical γ′ nanoprecipitates, triggering a considerable increase in tensile strength and a drop in ductility