Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Evaluation of the fatigue damage development using ESPI method

Kopeć M., Grzywna P., Kukla D., Kowalewski Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 4

201--205

EN

Fatigue damage process developing in structural materials under long-term cyclic loading is still an unsolved problem of modern engineering. Attempts to assess a degree of materials degradation under fatigue conditions on the basis of changes in the areas of local strain concentration determined by optical methods can be treated as the promising contemporary research direction of majority of scientific centres in the world. In most cases, fatigue damage has a local character and it is based on damage development leading to generation of cracks appearing around structural defects or geometrical notches. An identification of these areas and their subsequent monitoring requires a full-field displacement measurements performed on the objects surfaces. It seems that modern contemporary optical methods for displacement components measuring on the surfaces of structural elements or tested specimens are suitable for such purpose. Digital Image Correlation (DIC) and Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) are nowadays the most widely used testing methods in this area. Both of them enable capturing of displacement and strain components distributions. This paper presents an attempt to use the ESPI method for fatigue damage evaluation and its monitoring on specimens made of the aluminide coated nickel super-alloys. Flat specimens were subjected to cyclic loading. The fatigue tests were interrupted several times in order to perform a static loading during which the optical measurements were carried out. An analysis of the results captured by the ESPI system allowed indication of places of the greatest stress concentration and demonstration of the damage development process as a function of the increasing number of cycles.

PL

Proces niszczenia materiału w trakcie badań zmęczeniowych pod wpływem długotrwałych obciążeń eksploatacyjnych od lat pozostaje jednym z głównych problemów poruszanych przez wiele ośrodków badawczych na świecie. W większości przypadków zmęczenie materiału wykazuje lokalny charakter prowadzący do powstawania pęknięć występujących wokół defektów struktury czy karbów geometrycznych. Identyfikacja tych obszarów i ich późniejsza obserwacja wymagają użycia polowych technik pomiarowych takich jak cyfrowa korelacja obrazu (Digital Image Correlation, DIC) lub elektroniczna interferometria plamkowa (Electronic Speckle Pattern Interferometry, ESPI). Pozwalają one określać rozkłady składowych przemieszczenia, odkształcenia i naprężenia na powierzchni próbki (rys. 1). Stosowanie ich w trakcie badań zmęczeniowych umożliwia lokalizację miejsca największej koncentracji naprężenia wywołanej defektami próbek oraz pozwala z dużą dokładnością przewidzieć miejsce inicjacji uszkodzenia. Celem pracy jest obserwacja i analiza rozwoju pękania zmęczeniowego wywołanego długotrwałymi, cyklicznymi obciążeniami za pomocą optycznej metody pomiaru składowych przemieszczenia ESPI.

2

Assessment of hardened layer thickness for 40HNMA steel using eddy current method

Kukla D., Grzywna P., Kopeć M., Kowalewski Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 5

263--266

EN

Materials and semi-manufactured products for aviation equipment are usually subjected to increasingly rigorous demands for the quality control. In many cases, like hardened or carburized wheels or rollers assembled in the gear motors, the control procedures enforce necessity of the selective testing of details coming from production lines using destructive techniques. The main aim of diagnostic investigations carrying out on series of final products is to assess qualitatively and quantitatively the layers obtained due to carburizing and induction hardening. Unfortunately, such processes increase the fabrication costs significantly, especially in the case of complex manufacturing technology applied and small-lot production as well. In order to reduce them the attempts for application of non-destructive testing methods are taken for evaluation of either the layers quality or the products subjected to surface treatments. This paper presents the eddy currents method used for the thickness evaluation of the carburized and induction-hardened layers on the basis of the impedance signal variation. The signal was obtained as a result of the so-called ‘lift off’ effect. A methodology for the quantitative thickness evaluation of the carburized and induction-hardened layers has been elaborated under a range of technological parameters. The measurements ranges were defined in the framework of which an identification of the hardened layer was possible using the commercial defectoscope and reference specimens of the fixed thickness. Tests were carried out on specimens made of the ASM6414 steel and subjected subsequently to carburization and induction hardening. The impedance parameters were measured for selected values of frequency. The results were verified on the basis of metallographic investigations as well as the microhardness measurements captured in the form of profiles taken from specimens’ cross-sections of different layer thickness.

PL

Praca prezentuje możliwości wykorzystania metody prądów wirowych (Eddy Current — ET) do oceny grubości warstw nawęglanych i hartowanych indukcyjnie na podstawie zmian parametru sygnału impedancji. Sygnał ten uzyskiwano w wyniku pojawiania się tzw. efektu oddalenia (lift off). Opracowano metodykę ilościowej oceny grubości warstw hartowanych indukcyjnie otrzymywanych przy różnych parametrach technologicznych. Mając do dyspozycji komercyjny defektoskop diagnostyczny oraz zestawy próbek referencyjnych o ustalonej grubości warstwy, zdefiniowano zakresy pomiarowe, w ramach których jest możliwa ocena grubości warstwy zahartowanej. Badania prowadzono na serii próbek ze stali 40 HNMA poddanych nawęglaniu i hartowaniu indukcyjnemu. Obejmowały one pomiary parametrów impedancji dla wybranych częstotliwości pomiarowych. Wyniki zostały zweryfikowane na podstawie badań metalograficznych oraz pomiarów mikrotwardości w postaci profili wykonanych na przekrojach próbek o różnej grubości warstwy.

3

Ocena rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego na podstawie zmian odkształcenia i parametrów prądowirowych w kolejnych cyklach obciążenia

Kukla D., Grzywna P., Karczewski R.

Przegląd Spawalnictwa

|

2014

|

R. 86, nr 5

23--31

PL

W pracy zaprezentowano wyniki badań nad opracowaniem metodyki ilościowej oceny rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego wysokostopowej stali X10CrMoVNb9-1 z wykorzystaniem nieniszczącej techniki diagnostycznej – metody prądów wirowych. W oparciu o procedurę charakteryzowania stopnia degradacji zmęczeniowej na podstawie zmierzonych wartości odkształceń średnich oraz odkształceń plastycznych w kolejnych cyklach obciążenia zdefiniowano odkształceniowy współczynnik uszkodzenia zmęczeniowego (Φ) opisujący dynamikę zmian odkształcenia w kolejnych cyklach. Wyznaczone w ten sposób parametry uszkodzenia skorelowano z wynikami pomiarów kąta fazowego sygnału prądowirowego mierzonego w ustalonych etapach procesu zmęczenia, przy amplitudzie naprężenia w zakresie 360÷420 MPa. Na podstawie opracowanych procedur pomiarowych uzyskano wyniki wskazujące na możliwość identyfikacji i lokalizacji uszkodzenia zmęczeniowego we wczesnym etapie jego rozwoju, jak również na ilościową ocenę stopnia degradacji w oparciu o zdefiniowany parametr uszkodzenia oraz wyniki uzyskane za pomocą nieniszczącej techniki diagnostycznej.

EN

This paper presents the results of the work on the quantitative method for evaluation the fatigue damage development of the high alloy steel X10CrMoVNb9-1 by eddy current testing. The degree of fatigue degradation described by measured values of the deformation (mean deformation and nonelastic deformation) of load cycles. The basis on this measurement defined fatigue damage strain indicator (FDSI-φ), which described changes of strain dynamic in the fatigue tests. The damage parameters determined in this way are correlated with the results of measurements the Eddy current phase angle, which was measured in the selected cycles of fatigue, in the range of stress amplitude 360÷420 MPa. The results indicate the possibility of identification and location of fatigue damage at an early stage of its development, as well as to quantities description of the degree of degradation based on defined damage parameter correlated with the results obtained by using non-destructive diagnostic technique.

4

Evaluation of strain distribution for the P91 steel under static load using espi system

Grzywna P., Kukla D.

Advances in Materials Science

|

2014

|

Vol. 14, nr 4(42)

28--39

EN

The goal of the research was to evaluate the change of displacement/strain phases in the P91 steel under static load conditions. Undertaken tests were aimed at estimation and analysis of the impact of the material state, which was subjected to loading conditions, on the distribution of stress pattern using ESPI system. Specimen made of high temperature creep resistant steel X10CrMoVNb9-1 (P91) used as a construction material for boiler steam feed heaters, vapor tanks, pressure vessels and vapor pipelines, is used in the service conditions of temperature range up of 650°C. Test samples were taken from two P91 steel pipes. One sample came from a segment of a pipeline transporting fresh vapor in time 80 000 h, under the pressure of 8.4 MPa and temperature 540 °C. The second sample was the same material but in the delivery state.

5

Evaluation of microstructural changes of S235 steel after rolling on the basis of microscopic observations and eddy current non-destructive method

Kukla D., Bałkowiec A., Grzywna P.

Advances in Materials Science

|

2014

|

Vol. 14, nr 4(42)

40--48

EN

The aim of the study was to determine the microstructure and residual stress changes which appears in the S235 steel (which is designed for operating in elevated temperatures) during cold rolling. The changes of orientation, both morphological and crystallographic, are occurring as a result of the rolling process. Analysis of the results allowed to determine the change in grain morphology (size, shape), determination of grain morphology of the rolling direction and determination of crystallographic texture. The dislocation density present in the material before and after the cold rolling process was estimated on the basis of dislocation structure images obtained via transmission electron microscope. The observed microstructural changes were correlated with the results of nondestructive testing using eddy current method. They allowed for the identification of the state of stress measured on three different surfaces of the rolled sheet (parallel and perpendicular to the rolling direction). As the result the usability of using the non - destructuve techniques of stress level determination was proved.

6

Nowoczesne metody określania wytrzymałościowych właściwości materiałów konstrukcyjnych

Szymczak T., Grzywna P., Kowalewski Z. L.

Transport Samochodowy

|

2013

|

z. 1

79--104

PL

W artykule zaprezentowano współczesne maszyny wytrzymałościowe i przyrządy pomiarowe do badania właściwości mechanicznych materiałów. Zamieszczono oraz omówiono ich schematy ideowe, zalety, wady, ograniczenia i zastosowanie. W przypadku niektórych z nich przedstawiono literaturowe i własne wyniki z badań doświadczalnych.

EN

The paper reports modern testing machines and measuring instruments used to examine mechanical parameters of materials. Their schematic diagrams, advantages and disadvantages, limitations and applications are discussed. Selected already published results of tests and those achieved by the Authors are presented.

7

Wpływ eksploatacji na wybrane właściwości mechaniczne stali X10CrMoVnB9-1 (P91)

Grzywna P., Kukla D.

Przegląd Spawalnictwa

|

2013

|

R. 85, nr 12

75--77

PL

Przedstawienie wyników badań stali P91 w stanie dostawy i po 80 000 h przepracowanych na rurociągu pary świeżej oraz wskazanie parametrów porównawczych stanowi treść niniejszego opracowania. W pracy przedstawione zostały wyniki badań składu chemicznego, mikrostruktury, statycznej próby rozciągania oraz charakterystyki Wöhlera. Nawiązano też do wyników badań nieniszczących otrzymanych przy użyciu metody prądów wirowych umożliwiających ilościową ocenę stopnia degradacji zmęczeniowej stali P91.

EN

Tests results of P91 steel taken from a scrap of a new pipeline and a pipeline after 80 000 h of its exploitation in real steam conditions were presented. Additionally, in the present paper comparative parameters were indicated. Chemical composition analysis, microstructural observations, static tensile tests were carried out; also Wöhler’s characteristics were outlined. Moreover, there were considered results of nondestructive methods such us eddy currents that allow quantitative assessment of fatigue damage evolution of P91 steel.

8

Identyfikacja uszkodzenia zmęczeniowego stopu aluminium 2017 na podstawie pomiarów konduktywności

Kukla D., Szlagowska-Spychalska J., Grzywna P., Zagórski A.

Przegląd Spawalnictwa

|

2013

|

R. 85, nr 12

88--91

PL

Zaprezentowane badania skupiały się na ocenie możliwości wykorzystania pomiarów konduktywności do identyfikacji i lokalizacji uszkodzenia zmęczeniowego w próbkach ze stopu aluminium 2017. Monitorowanie zmian przewodności w wybranych punktach próbki po kolejnych cyklach obciążeń rozciągających pozwoliło stwierdzić spadek tego parametru w miejscu powstania i rozwoju uszkodzenia, prowadzącego do pęknięcia próbki. Istotne zmiany przewodności występują w ostatnim etapie zmęczenia i są związane prawdopodobnie z lokalnym odkształceniem plastycznym towarzyszącym rozwojowi pęknięcia dominującego. Testy prowadzono na próbkach wyciętych z blachy walcowanej o grubości 1, 2 i 3 mm poddanych cyklicznym obciążeniom rozciągającym. Pomiar konduktywności realizowany był kilkakrotnie, po zadanej sekwencji cykli, w siedmiu miejscach po obu stronach próbki, co umożliwiło na lokalizację uszkodzenia zmęczeniowego.

EN

The research have focused on the use of conductivity measurements to the identification and location of fatigue failure in the aluminum alloy 2017 samples. Monitoring changes in conductivity at selected points of the samples, following subsequent tensile load, have revealed the decrease in conductivity in place of the initiation and development of damage, before the cracks sample. Significant changes in conductivity occur in the last stage and the associated fatigue are likely to be a local plastic deformation accompanying the development of cracks dominant. Tests performed on samples cut from the rolled sheet with a thickness of 1, 2 and 3 mm treated with a cyclic tensile stress. Conductivity was carried out several times, the key sequence cycles in seven locations on both sides of the sample, allowing the location of fatigue damage.

9

Wykorzystanie metod optycznych do lokalizacji uszkodzeń zmęczeniowych

Dietrich L., Grzywna P., Kukla D.

Przegląd Spawalnictwa

|

2012

|

R. 84, nr 13

16-18

PL

Monitorowanie zjawisk związanych ze zmęczeniem materiałów jako procesu inicjowanego lokalnie wymaga całopolowych obserwacji deformacji zachodzących pod wpływem obciążeń zmęczeniowych. Metoda elektronicznej interferometrii plamkowej (ESPI) pozwala z dużą precyzją (przy zachowaniu stabilności układu pomiarowego) określić rozkład odkształceń na powierzchni próbki i tym samym wskazać miejsca koncentracji naprężeń wywołanych karbem (strukturalnym, geometrycznym). Możliwa jest także ocena rozwoju tych deformacji w kolejnych cyklach zmęczenia aż do utworzenia pęknięcia i dekohezji próbki. Bieżący pomiar odkształceń w strefie ich lokalizacji pozwala na ilościową ocenę dynamiki rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego w badanym materiale.

EN

Monitoring the phenomena related to the materials’ fatigue as the process initiated locally requires the full-field observations of the displacement brought about by the fatigue strain. The Electronic Speckle Pattern Interferometry method enables to determine the distribution of displacement on the sample surface (retaining the stability of the measurement arrangement) and thus indicate the strain and also the stress concentration spots resulting from the defect (structural, geometrical one). It is also possible to assess the development of those distortions in consecutive fatigue cycles until the crack is formed and the sample decohesion takes place. The current measurement of displacements in their location zone enables to carry out a quantitative as sessment of the fatigue failure development dynamics in the material evaluated.

10

Ocena rozwoju degradacji zmęczeniowej stali P91 na podstawie zmian kąta fazowego sygnału prądowirowego

Kukla D., Grzywna P., Zagórski A.

Przegląd Spawalnictwa

|

2012

|

R. 84, nr 13

8-11

PL

Badania dotyczyły oceny możliwości monitorowania rozwoju degradacji stali P91 pod wpływem zmiennych obciążeń cyklicznych, na podstawie zmian wartości kąta fazowego sygnału prądowirowego mierzonej w kolejnych cyklach zmęczeniowych. Na podstawie badań zależności wartości kąta fazowego sygnału prądowirowego od stanu naprężeń (rozciągających i ściskających) w próbce poddanej obciążeniem zmęczeniowym stwierdzono niemal liniowy wpływ wielkości i kierunku naprężenia na ten parametr. Badania w zakresie oceny stopnia uszkodzenia zmęczeniowego próbek realizowano podczas zatrzymania prób zmęczeniowych po określonej liczbie cykli, przy zerowej sile obciążenia, w kilku miejscach, wzdłuż osi głównej próbki. Na tej podstawie możliwa była lokalizacja miejsc rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych przed powstaniem pęknięcia.

EN

The investigations concerned the possibility of monitoring the degradation of P91 steel during cyclic loading, based on the changes in phase angle of eddy current signal measured at successive fatigue cycles. The investigations of the influence of the stress state (compressive and tensile) in the sample on the values of phase angle evidence almost linear dependence of this parameter and the value and direction of the stress. The estimation of the fatigue failure degree of the samples was realized after specified number of cycles. The measurements were performed in several points along the principal axis of the sample. Based on this investigations, it was possible to detect the zones in which the fatigue failure were evolved, before fracture occurred.

11

Parametry uszkodzenia w procesie zmęczenia oraz ich miary

Kowalewski Z. L., Dietrich L., Kukla D., Grzywna P., Szymczak T.

Energetyka

|

2012

|

nr 11

706-710

PL

Przedstawiono wybrane miary uszkodzenia stosowane do opisu degradacji materiałów konstrukcyjnych poddawanych warunkom wywołującym zmęczenie. Obok miar powszechnie znanych omówiono nowe koncepcje opisu uszkodzenia zmęczeniowego przy pomocy znanych mechanizmów cyklicznej plastyczności i ratchetingu.

EN

Selected damage measures applied for degradation description of engineering materials subjected to fatigue loading conditions are presented. In addition to well-known measures the new concepts of fatigue damage development are discussed using known mechanisms of cyclic plasticity and ratcheting.

12

Ocena rozwoju procesów zmeczeniowych związanych z lokalnymi odksztalceniami na przykładzie stali P91 dla energetyki

Kukla D., Zagórski A., Grzywna P.

Energetyka

|

2012

|

nr 8

436-440

PL

Przedstawiono wyniki badań związanych z oceną rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego próbek ze stali P91 pod wpływem zmiennych obciążeń cyklicznych. Badania te dotyczyły ilościowej oceny uszkodzenia na podstawie rejestracji i analizy zmian pętli histerezy zmęczeniowej, w kolejnych cyklach obciążeń. Według opracowanych algorytmów wyznaczono parametry uszkodzenia na postawie rozwoju odkształceń średnich oraz amplitudy odkształcenia. Analiza tych zmiennych pozwoliła zdeliniować dwa mechanizmy rozwoju degradacji zmę- czeniowej w badanej stali. Jest to z jednej strony mechanizm zwany ratchetingiem, związany z generowaniem lokalnych odkształceń plastycznych wokół elementów mikrostruktury, z drugiej strony cykliczna plastyczność związana z mikropoślizgami poprzedzającymi powstanie pasm poślizgów. Opisano badania mikroskopowe (SEM) próbek zmęczeniowych zarówno w zakresie metalogralii jak i Iraktogrfii, co po- zwoliło wskazać na mikrostrukturalne aspekty mechanizmów rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego.

EN

Presented are results of investigations connected with an assessment of development of fatigue failures of P91 steel sam pies under the influence of variable cyclic loading. The investigations referred to quantitative failure assessment on the basis of registration and analysis of fatigue hysteresis loop changes in successive loading cycles. According to the elaborated algorithms, failure parameters are determined on the basis of medium strains development and the strain amplitude. Analysis of these variabies allows to deline two mechanisms of fatigue degradation development in investigated steel. One is the mechanism called ratcheting and connected with generation of local plastic strains around microstructure elements, the other is a cyclic plasticity connected with microslips preceding the origination of slip bands. Described is microscopy research (SEM) of fatigue samples both in the scope of metalIography and of fractography that enabled indication of microstructural aspects of fatigue failure development mechanisms.