Skip to main content
Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 5/2008

01.05.2008

Fatigue and Fracture of a Bulk Nanocrystalline NiFe Alloy

verfasst von: Y. Yang, B. Imasogie, G.J. Fan, Peter K. Liaw, W.O. Soboyejo

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 5/2008

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

This article presents the results of an experimental study of fracture and fatigue in a nanostructured (an average grain size of ∼23 nm) bulk Ni-18 wt pct Fe alloy that was produced using a pulsed electrodeposition technique. The fracture behavior of the alloy is investigated using fracture resistance experiments, while the fatigue behavior is studied in fatigue crack growth experiments. The alloy exhibits limited toughening as the crack initiates at a fracture toughness of about \( 25\,{\text{MPa}}{\sqrt {\text{m}} } \) and propagates with a slight increase to a plateau value of about \( 30\,{\text{MPa}}{\sqrt {\text{m}} } \). The limited toughening arises from the slight increase in the crack-tip plastic-deformation zone at the early crack growth and ligament bridging due to the microcrack formation ahead of the tip of the main crack. In contrast with a flat fatigue-crack wake, a wavy crack wake was observed under monotonic loading. This trend is attributed to the following: (a) nanovoid coalescence at grain boundaries, (b) microcrack formation by joining nanovoids, and (c) the linking of microcracks with the main crack through the fracture of inclined bridging ligaments. The fractured surface is shown to contain ductile dimple structures with average diameters of ∼100 nm. Focused-ion-beam (FIB) methods are also used to study fatigue-crack growth. These results show that fatigue crack growth occurs by the coalescence of nanovoids that form ahead of the crack tip. The observed mechanisms of fatigue crack growth are shown to be consistent with the results of prior atomistic simulations.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Fußnoten
1
Results were obtained under plane stress conditions.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat J.L. McCrea, G. Palumbo, G.D. Hibbard, U. Erb: Rev. Adv. Mater. Sci., 2003, vol. 5, pp. 252–58 J.L. McCrea, G. Palumbo, G.D. Hibbard, U. Erb: Rev. Adv. Mater. Sci., 2003, vol. 5, pp. 252–58
2.
Zurück zum Zitat X.Y. Qin, S.H. Cheong, J.S. Leeb: Mater. Sci. Eng. A, 2003, vol. 363 (1–2), pp. 62–66 X.Y. Qin, S.H. Cheong, J.S. Leeb: Mater. Sci. Eng. A, 2003, vol. 363 (1–2), pp. 62–66
3.
Zurück zum Zitat X.Y. Qin, J.S. Lee, C.S. Lee: J. Mater. Res., 2002, vol. 17 (5), pp. 991–1001CrossRef X.Y. Qin, J.S. Lee, C.S. Lee: J. Mater. Res., 2002, vol. 17 (5), pp. 991–1001CrossRef
4.
5.
Zurück zum Zitat K.S. Kumar, H.V. Swygenhoven, S. Suresh: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 5743–74CrossRef K.S. Kumar, H.V. Swygenhoven, S. Suresh: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 5743–74CrossRef
6.
Zurück zum Zitat F. Dalla Torre, H.V. Swygenhoven, M. Victoria: Acta Mater., 2002, vol. 50, pp. 3957–70CrossRef F. Dalla Torre, H.V. Swygenhoven, M. Victoria: Acta Mater., 2002, vol. 50, pp. 3957–70CrossRef
7.
Zurück zum Zitat R.A. Mirshams, C.H. Xiao, S.H. Wang, W.M. Yin: Mater. Sci. Eng. A, 2001, vol. 315, pp. 21–27CrossRef R.A. Mirshams, C.H. Xiao, S.H. Wang, W.M. Yin: Mater. Sci. Eng. A, 2001, vol. 315, pp. 21–27CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Z. Budrovic, H.V. Swygenhoven, P.M. Derlet, S.V. Petegem, B. Schmitt: Science, 2004, vol. 304, pp. 273–76CrossRef Z. Budrovic, H.V. Swygenhoven, P.M. Derlet, S.V. Petegem, B. Schmitt: Science, 2004, vol. 304, pp. 273–76CrossRef
9.
Zurück zum Zitat G.J. Fan, L.F. Fu, H. Choo, P.K. Liaw, N.D. Browning: Acta Mater., 2006, vol. 54 (18), pp. 4781–92CrossRef G.J. Fan, L.F. Fu, H. Choo, P.K. Liaw, N.D. Browning: Acta Mater., 2006, vol. 54 (18), pp. 4781–92CrossRef
10.
Zurück zum Zitat D. Farkas, A. Froseth, H.V. Swygenhoven: Scripta Mater., 2006, vol. 55, pp. 695–98CrossRef D. Farkas, A. Froseth, H.V. Swygenhoven: Scripta Mater., 2006, vol. 55, pp. 695–98CrossRef
11.
Zurück zum Zitat A. Hasnaoui, H.V. Swygenhoven, P.M. Derlet: Sci., 2003, vol. 300, pp. 1550–52CrossRef A. Hasnaoui, H.V. Swygenhoven, P.M. Derlet: Sci., 2003, vol. 300, pp. 1550–52CrossRef
12.
Zurück zum Zitat D.A. Hughes, N. Hansen: Acta Mater., 1997, vol. 45 (9), pp. 3871–86CrossRef D.A. Hughes, N. Hansen: Acta Mater., 1997, vol. 45 (9), pp. 3871–86CrossRef
13.
Zurück zum Zitat D. Jia, K.T. Ramesh, E. Ma: Acta Mater., 2003, vol. 51 (12), pp. 3495–3509CrossRef D. Jia, K.T. Ramesh, E. Ma: Acta Mater., 2003, vol. 51 (12), pp. 3495–3509CrossRef
14.
Zurück zum Zitat G.W. Nieman, J.R. Weertman, R.W. Siegel: J. Mater. Res., 1991, vol. 6 (5), pp. 1012–27CrossRef G.W. Nieman, J.R. Weertman, R.W. Siegel: J. Mater. Res., 1991, vol. 6 (5), pp. 1012–27CrossRef
15.
Zurück zum Zitat P.G. Sanders, J.A. Eastman, J.R. Weetman: Acta Mater., 1997, vol. 45, pp. 4019–25CrossRef P.G. Sanders, J.A. Eastman, J.R. Weetman: Acta Mater., 1997, vol. 45, pp. 4019–25CrossRef
16.
Zurück zum Zitat P. Sharma, S. Ganti: J. Mater. Res., 2003, vol. 18 (8), pp. 1823–26CrossRef P. Sharma, S. Ganti: J. Mater. Res., 2003, vol. 18 (8), pp. 1823–26CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Y. Wang, M. Chen, F. Zhou, E. Ma: Nature, 2002, vol. 419, pp. 912–15CrossRef Y. Wang, M. Chen, F. Zhou, E. Ma: Nature, 2002, vol. 419, pp. 912–15CrossRef
18.
Zurück zum Zitat X. Zhang, H. Wang, R.O. Scattergood, J. Narayan, C.C. Koch, A.V. Sergueeva, A.K. Mukherjee: Acta Mater., 2002, vol. 50 (19), pp. 4823–30CrossRef X. Zhang, H. Wang, R.O. Scattergood, J. Narayan, C.C. Koch, A.V. Sergueeva, A.K. Mukherjee: Acta Mater., 2002, vol. 50 (19), pp. 4823–30CrossRef
19.
Zurück zum Zitat F. Ebrahimi, G.R. Bourne, M.S. Kelly, T.E. Matthews: Nanostruct. Mater., 1999, vol. 11 (3), pp. 343–50(8)CrossRef F. Ebrahimi, G.R. Bourne, M.S. Kelly, T.E. Matthews: Nanostruct. Mater., 1999, vol. 11 (3), pp. 343–50(8)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat D. Farkas, H.V. Swygenhoven, P.M. Derlet: Phys. Rev. B, 2002, vol. 66 (060101(R)), pp. 1–4 D. Farkas, H.V. Swygenhoven, P.M. Derlet: Phys. Rev. B, 2002, vol. 66 (060101(R)), pp. 1–4
21.
Zurück zum Zitat D. Farkas, M. Willemann, B. Hyde: Phys. Rev. Lett., 2005, vol. PRL 94 (165502), pp. 1–4 D. Farkas, M. Willemann, B. Hyde: Phys. Rev. Lett., 2005, vol. PRL 94 (165502), pp. 1–4
22.
Zurück zum Zitat T. Hanlon, E.D. Tabachnikova, S. Suresh: Int. J. Fatigue, 2005, vol. 27, pp. 1147–58CrossRef T. Hanlon, E.D. Tabachnikova, S. Suresh: Int. J. Fatigue, 2005, vol. 27, pp. 1147–58CrossRef
23.
Zurück zum Zitat M.H. Byun, J.-W. Cho, B.-S. Han, Y.K. Kim, Y.-S. Song: Jpn. J. Appl. Phys., 2006, vol. 45 (1), pp. 7084–90CrossRef M.H. Byun, J.-W. Cho, B.-S. Han, Y.K. Kim, Y.-S. Song: Jpn. J. Appl. Phys., 2006, vol. 45 (1), pp. 7084–90CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Y.M. Wang, E. Ma, M.W. Chen: Appl. Phys. Lett., 2002, vol. 80, pp. 2395–97CrossRef Y.M. Wang, E. Ma, M.W. Chen: Appl. Phys. Lett., 2002, vol. 80, pp. 2395–97CrossRef
25.
Zurück zum Zitat J.R. Weetman, D. Farkas, K. Hemker, H. Kung, M. Mayo, R. Mitra, H. Van Swygenhoven: MRS Bull., 1999, vol. 24 (2), pp. 44–50 J.R. Weetman, D. Farkas, K. Hemker, H. Kung, M. Mayo, R. Mitra, H. Van Swygenhoven: MRS Bull., 1999, vol. 24 (2), pp. 44–50
26.
Zurück zum Zitat C.C. Koch, K.M. Youssef, R.O. Scattergood, K.L. Murty: Adv. Eng. Mater., 2005, vol. 7 (9), pp. 787–94CrossRef C.C. Koch, K.M. Youssef, R.O. Scattergood, K.L. Murty: Adv. Eng. Mater., 2005, vol. 7 (9), pp. 787–94CrossRef
27.
Zurück zum Zitat G.J. Fan, H. Choo, P.K. Liaw: Appl. Phys. Lett., 2006, vol. 89 (061919), pp. 1–3 G.J. Fan, H. Choo, P.K. Liaw: Appl. Phys. Lett., 2006, vol. 89 (061919), pp. 1–3
28.
29.
Zurück zum Zitat C. Cheung, G. Palumbo, U. Erb: Scripta Metall. Mater., 1994, vol. 31 (66), pp. 735–40CrossRef C. Cheung, G. Palumbo, U. Erb: Scripta Metall. Mater., 1994, vol. 31 (66), pp. 735–40CrossRef
30.
Zurück zum Zitat R. Schwaiger, B. Moser, M. Dao, N. Chollacoop, S. Suresh: Acta Mater., 2002, vol. 50, pp. 3957–70CrossRef R. Schwaiger, B. Moser, M. Dao, N. Chollacoop, S. Suresh: Acta Mater., 2002, vol. 50, pp. 3957–70CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Y. Yang, B.I. Imasogie, S.M. Allameh, B. Boyce, K. Lian, J. Lou, W.O. Soboyejo: Mater. Sci. Eng. A, 2007, vol. 444, pp. 39–50CrossRef Y. Yang, B.I. Imasogie, S.M. Allameh, B. Boyce, K. Lian, J. Lou, W.O. Soboyejo: Mater. Sci. Eng. A, 2007, vol. 444, pp. 39–50CrossRef
32.
Zurück zum Zitat R. Hertzberg: Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, 4th ed., Wiley, New York, NY, 1996 R. Hertzberg: Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials, 4th ed., Wiley, New York, NY, 1996
33.
Zurück zum Zitat Y. Champion, C. Langlois, S. Guerin-Mailly, P. Langlois, J.L. Bonnentien, M.J. Hytch: Science, 2003, vol. 300, pp. 310–11CrossRef Y. Champion, C. Langlois, S. Guerin-Mailly, P. Langlois, J.L. Bonnentien, M.J. Hytch: Science, 2003, vol. 300, pp. 310–11CrossRef
34.
Zurück zum Zitat C. Cheung, F. Djuanda, U. Erb, G. Palumbo: Nanostruct. Mater., 1995, vol. 5 (5), pp. 513–23CrossRef C. Cheung, F. Djuanda, U. Erb, G. Palumbo: Nanostruct. Mater., 1995, vol. 5 (5), pp. 513–23CrossRef
35.
Zurück zum Zitat T.L. Anderson: Fracture Mechanics: Fundamental and Applications, CRC Press, Boca Raton, FL, 1991, p. 713 T.L. Anderson: Fracture Mechanics: Fundamental and Applications, CRC Press, Boca Raton, FL, 1991, p. 713
36.
Zurück zum Zitat N. Yao: in Handbook of Microscopy for Nanotechnology, N. Yao and Z.L. Wang, eds., Springer/Kluwer Academic Publisher, Norwell, MA, 2005, vol. I N. Yao: in Handbook of Microscopy for Nanotechnology, N. Yao and Z.L. Wang, eds., Springer/Kluwer Academic Publisher, Norwell, MA, 2005, vol. I
37.
Zurück zum Zitat S.V. Petegrem, F.D. Torre, D. Segers, H.V. Swygenhoven: Scripta Mater., 2003, vol. 48, pp. 17–22CrossRef S.V. Petegrem, F.D. Torre, D. Segers, H.V. Swygenhoven: Scripta Mater., 2003, vol. 48, pp. 17–22CrossRef
38.
Zurück zum Zitat I.A. Ovid’ko, A.G. Sheinerman: Acta Mater., 2004, vol. 52, pp. 1201–09CrossRef I.A. Ovid’ko, A.G. Sheinerman: Acta Mater., 2004, vol. 52, pp. 1201–09CrossRef
39.
Zurück zum Zitat I.M. Robertson, H.K. Birnbaum: Acta Metall., 1986, vol. 34 (3), pp. 353–66CrossRef I.M. Robertson, H.K. Birnbaum: Acta Metall., 1986, vol. 34 (3), pp. 353–66CrossRef
40.
Zurück zum Zitat A.M. El-Sherik, J. Shirokoff, U. Erb: J. Alloys Compd., 2005, vol. 389, pp. 140–43CrossRef A.M. El-Sherik, J. Shirokoff, U. Erb: J. Alloys Compd., 2005, vol. 389, pp. 140–43CrossRef
Metadaten
Titel
Fatigue and Fracture of a Bulk Nanocrystalline NiFe Alloy
verfasst von
Y. Yang
B. Imasogie
G.J. Fan
Peter K. Liaw
W.O. Soboyejo
Publikationsdatum
01.05.2008
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 5/2008
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-008-9487-4

Weitere Artikel der Ausgabe 5/2008

Metallurgical and Materials Transactions A 5/2008 Zur Ausgabe

Symposium: Solid-State Nucleation and Critical Nuclei during First Order Diffusional Phase Transformations

Vacancy Cluster: Helium Synergy in Void Nucleation

Symposium: Solid-State Nucleation and Critical Nuclei during First Order Diffusional Phase Transformations

Variant Selection in Grain Boundary Nucleation of Upper Bainite

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.