Crack initiation during high cycle fatigue of an austenitic steel

https://doi.org/10.1016/0956-7151(90)90305-ZGet rights and content

Abstract

We report about plastic strain controlled High Cycle Fatigue (HCF) experiments on an austenitic stainless steel (26% Ni, 15% Cr, 2.3% Ti, 1.3% Mn, 1.2% Mo, 0.3% Al) for both annealed and age hardened conditions. Since twin boundary cracking phenomena were dominant for both conditions, most of the research focused on annealed steel. The local orientation of more than 190 grains was measured by a modified electron channeling technique. In a simplifying model [P. Neumann and A. Tönnessen, Proc. Conf. Fatigue, Charlottsville, U.S.A., Vol. 1, pp. 3–22 (1987); P. Neumann and A. Tönnessen, Proc. Int. Conf. Strength of Metals and Alloys, Tampere, Finland, Vol. 1, p. 743–748 (1987)] these orientation data were used to calculate the local stress concentrations near the twin boundaries. By this method for 89% of the examined twin boundaries we could predict whether a crack would develop or not. A laser interferometric method was used to measure the local plastic strain across different selected twin boundaries. These experiments show that local plasticity is the most important parameter in HCF of f.c.c. polycrystals.

Résumé

Ce travail concerne des expériences de fatigue en sollicitation cyclique à haute fréquence et à déformation plastique contrôlée sur des aciers inoxydables austénitiques (26% Ni, 15% Cr, 2,3% Ti, 1,3% Mn, 1,2% Mo, 0,3% Al) recuits et durcis par vieillissement. Puisque les phénomènes de fissuration aux joints de macles prédominant dans ces deux conditions, la plupart des recherches sont focalisées sur les aciers recuits. On mesure par une technique de canalisation des électrons modifiée, l'orientation de plus de 190 grains. Avec un modèle simplifié [P. Neumann and A. Tönnessen, Proc. Conf. Fatigue, Charlottsville, U.S.A., Vol. 1, pp. 3–22 (1987); P. Neumann and A. Tönnessen, Proc. Int. Conf. Strength of Metals and Alloys, Tampere, Finland, Vol. 1, pp. 743–748 (1987)], ces orientations sont utilisées pour calculer les concentrations de contraintes locales près des joints de macle. Par cette méthode, pour 89% des joints de macle examinés, nous pouvons prévoir si ceux-ci développeront une fissure ou non. Une méthode laser interférométrique est utilisée pour mesurer la déformation plastique locale à travers les différents joints de macle choisis. Ces expériences montrent que la plasticité locale est le paramètre le plus important dans la fatigue à haute féquence des polycristaux cfc.

Zusammenfassung

Wir berichten über plastisch-dehnungsgeregelte Langzeitermüdungsexperimente an einem austenitischen Edelstahl (26% Ni, 15% Cr, 2,3% Ti, 1,3% Mn, 1,2% Mo, 0,3% Al) sowohl im lösungsgeglühten als auch im ausscheidungsgehärteten Zustand. Da Riβbildung an Zwillingskorngrenzen für beide Zustände dominant war, konzentrierte sich die Forschung auf den lösungsgeglühten Stahl. Die Einzelorienterungen von mehr als 190 Körnern wurde mittels einer modifizierten Electron-Channeling-Technik gemessen. Diese Orientierungsdaten wurden in einem vereinfachenden Modell dazu benutzt [P. Neumann and A. Tönnessen, Proc. Conf. Fatigue, Charlottsville, U.S.A., Vol. 1, pp. 3–22 (1987); P. Neumann and A. Tönnessen, Proc. Int. Conf. Strength of Metals and Alloys, Tampere, Finland, Vol. 1, pp. 743–748 (1987)], Spannungerhöhungen in der Nähe der Zwillingskorngrenzen zu berechnen. Auf diese Weise konnte für 89% der untersuchten Zwillingskorngrenzen vorhergesagt werden, ob sich dort ein Riβ bilden würde oder nicht. Eine laserinterferometrische Methode diente zur Messung der lokalen plastischen Dehnung über verschiedene, ausgewählte Zwillingskorngrenzen hinweg. Diese Experimente zeigen, daβ lokalisierte Plastizität der wichtigste Parameter in der Langzeitermüdung von f.c.c.-Polykristallen ist.

References (23)

  • W.H. Kim et al.

    Acta metall.

    (1978)
  • J.C. Figueroa et al.

    Mater. Sci. Engng

    (1983)
  • J.C. Figueroa et al.

    Acta metall.

    (1981)
  • E. Hornbogen et al.

    Metallography

    (1975)
  • P. Neumann et al.
  • P. Neumann et al.
  • N. Thompson et al.

    Phil. Mag.

    (1956)
  • N.J. Wadsworth et al.

    Phil. Mag.

    (1958)
  • C.A. Stubbington et al.

    J. Inst. Metals

    (1957/1958)
  • R.C. Boettner et al.

    Phil. Mag.

    (1964)
  • G. Ebi

    Dissertation, RWTH Aachen, F.R.G.

    (1987)
  • Cited by (0)

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