Crack propagation under combined thermal cycling and mechanical loading (CTC - ML) Thomas Hansson, Johan Lansinger and Olle Clevfors Volvo Aero Corporation/ Chalmers 2005-05-26, Slide 1
Agenda Bakgrund Syfte Teori Resultat Slutsatser 2005-05-26, Slide 2
Bakgrund Sprickpropageringshastighet kvarvarande livslängd Vid isotermisk provning används normalt 3-4 provstavar för att generera sprickpropageringsdata för en temperatur kostsamt Metodeffektivisering 2005-05-26, Slide 3
Syfte Undersöka om det är möjligt att ta fram sprickpropageringsdata för ett helt temperaturområde genom att långsamt och kontrollerat variera temperaturen med en frekvens betydligt långsammare än lastfrekvensen. Avgränsningar: Endast Paris området studeras Tillämpbarheten av CTC-ML metoden utvärderas för Inconel 718. Individuella bedömningar av testplan eller användning av metoden får göras för varje material 2005-05-26, Slide 4
25000 Testprocedur 20000 15000 Force, N 10000 5000 0 0 20 40 Cycles60 80 100 120 600 500 Temperature 400 300 200 100 0 2 4 6 8 10 12 Cycles 2005-05-26, Slide 5
Paris-lag Log da/dn Unstable propagation No propagation (threshold) Paris Law propagation Log K da dn = C ( K ) m a K= σ πaf( W ) 2005-05-26, Slide 6
Framtagning av da/dn 1e-5 1e-6 da dn a = ( ai+ 1 ai ) ( N N ) i+ 1 i da/dn (m/cycle) 1e-7 1e-8 1e-9 1e-10 1e-11 10 100 Delta K (MPa*m 0.5 ) K i = σ a π + a i+ 1 i M 2 1.570 2005-05-26, Slide 7
Resultat Prov 1 3 600 500 Crack length, a (mm) 2 1 400 300 Temperature C 200 1e-3 600 Test 1: a versus cycles 0 Test 1: T versus cycles 100 0 10000 20000 30000 40000 50000 Test 1: da/dn Test 1: T 500 Cycles da/dn (mm/cycle) 1e-4 1e-5 400 300 Temperature C 200 1e-6 100 10 15 20 25 30 K (MPa m) 2005-05-26, Slide 8
3 Resultat - Prov 1 och 2 600 500 Crack length, a (mm) 2 1 400 300 200 Temperature C 1e-3 Test 1: da/dn Test 1: T Test 2: da/dn Test 2: T 600 0 100 0 10000 20000 30000 40000 50000 Cycles Test 1: a versus cycles Test 1: T versus cycles Test 2: a versus cycles Test 2: T versus cycles da/dn (mm/cycle) 1e-4 1e-5 500 400 300 Temperature C 200 1e-6 10 15 20 25 30 K (MPa m) 100 2005-05-26, Slide 9
1e-3 Hur ta ut da/dn? 510 490 da/dn (mm/cycle) 1e-4 Temperature C da/dn T 1e-5 10 15 20 25 30 K (MPa m) 2005-05-26, Slide 10
Resultat - uttagning av T da/dn (mm/cycle) 1e-3 1e-4 1e-5 1e-6 10 15 20 25 30 35 K (MPa m) Extracted data 190<T<210 Extracted data 210<T<230 Extracted data 230<T<250 Extracted data 250<T<270 Extracted data 270<T<290 Extracted data 290<T<310 Extracted data 310<T<330 Extracted data 330<T<350 Extracted data 350<T<370 Extracted data 370<T<390 Extracted data 390<T<410 Extracted data 410<T<430 Extracted data 430<T<450 Extracted data 450<T<570 Extracted data 470<T<490 Extracted data 490<T<510 Extracted data 510<T<530 Extracted data 530<T<550 Extracted data 540<T<560 Regressions 2005-05-26, Slide 11
C Resultat - C och m sfa temperatur 1e-7 1e-8 C versus temperature da dn = C(T ) K m( T ) 1e-9 5 m versus temperature 4 1e-10 100 200 300 400 500 600 Temperature C m 3 2 100 200 300 400 500 600 Temperature C 2005-05-26, Slide 12
Resultat - isotermiskt prov 300 C, 1 Hz 1e-2 Isothermal, T=300 C, 1 Hz CTC-ML, 290<T<310, 1 Hz 1e-3 da/dn (mm/cycle) 1e-4 1e-5 1e-6 10 15 20 25 30 35 K (MPa m) 2005-05-26, Slide 13
Resultat - isotermiskt prov 300 C, 1 Hz 1e-2 da/dn (mm/cycle) 1e-3 1e-4 Isothermal T=300 C, 1 Hz; da/dn=1.24 10-10 ( K) 4.30 Isothermal multiplied with a factor of 1.18 Isothermal multiplied with a factor of 0.82 CTC-ML, 290<T<310, 1 Hz; da/dn=7.78 10-10 ( K) 3.7 1e-5 1e-6 10 15 20 25 30 35 K (MPa m) 2005-05-26, Slide 14
Cyklisk plastisk zon Plastic zone, r pc = (1/(12*3,14))*(K max /σ 0.2 ) 2 18 Temperature 600 Cyclic plastic zone: Monotonic plastic zone: 16 14 500 Crack Plastic zone (µm) 12 10 8 400 300 Temperature 6 200 4 2 100 0 10000 20000 30000 40000 50000 Cycles 2005-05-26, Slide 15
da/dn vs dr pc /dn 0,200 da/dn dr pc /dn da/dn, dr pc /dn (µm/cycle) 0,100 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0,000-0,001 0 10000 20000 30000 40000 50000 Cycles 2005-05-26, Slide 16
Slutsatser Med två CTC-ML prover kunde Paris lag tas fram för godtycklig temperatur i hela temperaturområdet. Bra prediktering av isoterm data för 300 C. Potentialen för effektivisering är mycket stor. Risk man tar då isoterma data interpoleras mellan temperaturer elimineras Metoden behöver prövas på andra material och man är relativt begränsad vad gäller frekvenser i både last och temperatur. 2005-05-26, Slide 17