High Strain Fatigue Crack Growth and Crack Closure

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish I en komponent som utsätts för upprepande på- och avlastningar, d.v.s. cyklisk belastning, kan defekter i form av sprickor initieras och börja växa. Detta fenomen kallas utmattning och kan leda till haveri med potentiellt katastrofala följder. Det är därför viktigt att förstå fenomenen som ligger bakom utmattning och att ha tillförlitliga modeller för att förutsäga livslängden hos en detalj. Genom god kunskap om utmattningsförloppet kan man dessutom utnyttja materialet bättre och öka både tillförlitlighet och prestanda exempelvis hos en flygmotor. En mekanism som visat sig ha stor betydelse för hur fort en utmattningsspricka växer är sprickslutning. Sprickslutning innebär att sprickan stänger lokalt nära spetsen, trots att en öppnande last läggs på globalt, vilket gör att den effektiva last som driver sprickan minskar. Slutningen kan orsakas av olika mekanismer, såsom plastisk deformation, ojämnheter i sprickvägen eller oxidation av sprickytorna. För att förstå hur sprickslutningen påverkar spricktillväxten är det viktigt att kunna mäta när sprickan öppnar. I avhandlingen har det undersökts om elektrisk potential drop (PD) teknik, där elektrisk ström skickas genom provstaven och det elektriska spänningsfallet över sprickmunnen mäts, kan användas för tillförlitliga sprickslutningsmätningar. Genom en kombination av numeriska simuleringar och jämförelse mot slutningsmätningar med hjälp av in situ observationer i ett svepelektronmikroskop konstaterades det att PDtekniken är användbar för att mäta sprickslutning. I avhandlingen studeras också sprickpropagering vid höga lastamplituder, dels för Ti-6Al-4V vid rumstemperatur, dels för Inconel 718 vid 650°C. Vid höga lastamplituder kan de metoder som används vid nominellt elastiska förhållanden inte användas. Det visade sig att genom att använda töjningsintensitetsfaktorer eller den cykliska J-integralen kunde spricktillväxtdata för en rad förhållanden korreleras, om hänsyn togs till sprickslutning. För Inconel 718 vid 650°C fanns dessutom ett kraftigt beroende av lastfrekvensen, vilket orsakas av en kombination av cykliska och tidsberoende sprickpropageringsmekanismer. Genom en effektiv cyklisk J-integral och en korrektionsfaktor för frekvensen kunde en livslängdslag för högtemperaturspricktillväxt i Inconel 718 formuleras. Arbetet avslutas med en in situ studie av utmattningssprickpropagering i ett svepelektronmikroskop. Det konstaterades att på en mikroskala är spricktillväxten en oregelbunden process som starkt påverkas av den lokala mikrostrukturen. Detta gör det svårt att förutsäga tillväxt över enstaka cykler, medan över många cykler fungerade det väl att använda spänningsintensitetsfaktorn, kompenserad för sprickslutning.