Ultra-slow Fatigue Crack Propagation in Metallic Alloys

AbstractThe influence of frequency (20kHz ultrasonic tests and conventional 20 to 35Hz tests) and environment (air and vacuum) on near-threshold fatigue crack propagation of three metallic alloys, Ti-6Al-4V, 2024-T351 and 12% Cr stainless steel is compared experimentally. The effective stress-intensity factor which is considered as the propagation driving force is determined from closure measurements or tests run at high R-ratio. Based on microfractographic observations, the results are discussed in terms of a preexisting model for intrinsic and environmentally assisted fatigue crack propagation

Influence of environment, loading frequency and temperature on fatigue crack growth mechanisms in titanium lamellar microstructures

High temperature fatigue crack growth experiments were carried out on Ti6242 alloy with large colony size in both air and vacuum environment. The alloy was heat treated to provide two different lamella size; fine and coarse. Tests were conducted at two temperatures, 520°C and 590°C, using two loading frequencies; 10 Hz and 0.05 Hz in air and 0.05 Hz in vacuum. All tests were performed at a stress ratio of 0.1. This study shows that at 520°C/air, the fatigue crack growth rate is not significantly influenced by changes in the lamella size microstructure. For 0.05 Hz / low ΔK, however, the fatigue crack growth rate is higher in the fine lamellar microstructure and is accompanied with the appearance of a plateau. In air environment, the fatigue process is predominantly controlled by one single mechanism associated with transcolony fracture and formation of quasi-cleavage facets. In Vacuum conditions, the crack growth rate is not greatly influenced by temperature or lamella size. In comparing the fatigue crack growth rate in air and vacuum, the vacuum results are generally lower than the corresponding ones in air within the ΔK= 18-25 MPa√m. Above this level, the CGR data in both air and vacuum coincides thus indicating the role of environment in the low ΔK growth stage. A general hypothesis explaining the crack growth mechanisms in both air and vacuum is made in this study on the basis of scanning electron microscopic observations of the crack growth path in relation to the lamella direction as a function of loading frequency, temperature, lamella size and test environment

Contribution du fluage à froid et de l'hydrogène à la fissuration anormale du Ti 6246 sous chargement cyclique à fort Kmax

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Fissuration par fatigue et environnement atmosphérique

Cet article présente une revue des travaux effectués sur la caractérisation et la modélisation de la fissuration en fatigue des alliages métalliques à base d'aluminium, de fer et de titane, avec un intérêt spécifique pour l'influence de l'environnement atmosphérique. Les domaines des vitesses de fissuration moyennes et lentes particulièrement sensibles aux effets de l'environnement et de la microstructure ont été étudiés. Dans une première partie les mécanismes de propagation intrinsèque, c'est à dire sans influence de l'environnement ni de la fermeture sont décrits et modélisés. Dans une deuxième partie, le rôle néfaste de l'humidité atmosphérique est analysé en faisant intervenir deux mecanismes physico-chimiques agissant en pointe de fissure : l'adsorption de la vapeur d'eau et la hgilisation par l'hydrogène

Influence du niveau moyen de contrainte sur la fissuration par fatigue dans l'alliage de titane Ti6246

Cette étude porte sur l'influence du niveau de contrainte moyenne sur la propagation des fissures par fatigue dans un alliage de titane Ti6246 au voisinage du seuil de fissuration. Les essais sont réalisés pour différentes valeurs du facteur d'intensité de contrainte (FIC) Kmax à l'air ambiant et sous environnement inerte. Des conditions combinant des faibles amplitudes de sollicitations et de hauts niveaux de Kmax conduisent à la disparition du seuil de fissuration à l'air et sous vide à la température ambiante. A 500°C ce phénomène n'est observé qu'à l'air et la vitesse de fissuration est environ dix fois plus lente qu'à l'ambiante. Une fois le régime établi la fissure se propage à vitesse constante indépendamment de la valeur de l'amplitude du facteur d'intensité de contrainte ΔK. Un mécanisme de type fatigue-fluage gouverné par le niveau moyen de contrainte apparaît en accord avec les observations microfractographiques

Etude micromécanique de la disparition du seuil de fissuration par fatigue dans un alliage de titane biphasé à fort K_max

L'alliage Ti6246 présente, lors d'essais de fissuration par fatigue à Kmax constant et ΔK décroissant un comportement atypique : lorsque Kmax> 0.7KIC, on observe, sous air comme sous vide, au lieu du seuil attendu, un régime de propagation à vitesse constante, dix fois plus élevée à l'ambiante qu'à 500°C. Le fluage, qui se manifeste dès l'ambiante dans cet alliage semble jouer un rôle dans ce phénomène. Toutefois, des analyses par spectrométrie de masse d'ions secondaires font apparaître une sur-concentration en hydrogène au voisinage d'une fissure développée dans le régime anormal. Des essais de fissuration, traction et fluage sont donc entrepris sur le matériau brut, appauvri ou enrichi en hydrogène, pour partie dans la chambre d'un microscope électronique à balayage, dans le but d'explorer ce phénomène. On constate qu'un enrichissement en hydrogène augmente la ductilité du matériau et sa tendance au fluage à l'ambiante et un enrichissement plus prononcé la diminue

Etude micromécanique de la fissuration par fatigue de l'alliage de titane Ti6246

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Etude micromécanique de la disparition du seuil de fissuration par fatigue du Ti6246 à fort Kmax

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Etude micromécanique de la disparition du seuil de fissuration par fatigue dans un alliage de titane biphasé

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