Name: full-field strain measurements for microstructurally small fatigue crack propagation using digital image correlation method
Uploaded: 2019-01-16T15:00:00
Duration: 7 min 37 s
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L’acier inoxydable ferritique ASTM UNS S43940 a été fourni par Outokumpu Oyj en acier inoxydable. Recherche est pris en charge par l’Académie de Finlande projet № 298762 et Aalto University School of Engineering et de post-doctorants financement No 9155273 Aalto University School of Engineering. Publication de vidéo a été réalisée avec le soutien de Mikko Raskinen d’Aalto Media Factory.

1. préparation et recuit
<ol><li>Moulin des planches originales d’acier inoxydable ferritiques avec une épaisseur de 3 mm (voir Table des matières) pour former la plaque avec une taille caractéristique d’environ 200 x 15 x 1 mm.</li>
	<li>Placer la plaque d’acier produite dans le tube de quartz et Pompez (voir Table des matières) jusqu'à ce que la pression d’environ 10-6 mbar.</li>
	<li>Fournir le gaz argon (voir Table des matières) dans le tube de quartz jusqu'à ce que la pression atteint environ 0,2 mbar.</li>
	<li>Sceller le tube de quartz avec l’échantillon à l’intérieur de chauffage du tube de quartz jusqu'à la fusion de température19. Attention : La procédure de fermeture est dangereuse. Utilisez des précautions appropriées telles que la protection oculaire appropriée, etc.20.</li>
	<li>Recuire le plat en acier scellé à l’intérieur du tube de quartz à l’aide de la fournaise de la chambre (voir table des matières) à température de 1200 ° C pendant 1 h et trempe dans l’eau. Remarque : La procédure recuite augmente la taille de grain moyen de l’acier étudié jusqu'à 350 µm sans grande formation de carbure de Chrome particules21. Attention : La procédure recuite est dangereuse. Utilisez des précautions appropriées et suivez les instructions de la notice de four chambre.</li>
	<li>Couper les spécimens crantés (avec une épaisseur de 1 mm) de la plaque de recuit de l’acier ferritique étudié à l’aide d’usinage électroérosion (EDM, voir Table des matières). Le régime de l’échantillon est illustré à la Figure 1. Attention : La procédure de coupe EDM est dangereuse. Utilisez des précautions appropriées et suivez les instructions du manuel EDM.</li>
	<li>Meuler et polir la surface de l’échantillon.<ol>
<li>Meuler les surfaces du spécimen à l’aide de ponceuse avec du papier émeri (Table des matières) jusqu'à ce que la surface de l’échantillon soit uniforme.</li>
		<li>Polir les surfaces de spécimen à l’aide de la polisseuse avec 3 µm et la pâte de diamant 1 µm (voir Table des matières) pour 10 min chacun.</li>
		<li>Polir la surface de l’échantillon à l’aide de silice colloïdale 0,02 µm vibratoire de polissage (voir table des matières) pour environ 4 h ; Ceci est nécessaire pour l’analyse EBSD.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. fatigue fissuration antérieure
<ol><li>Expérimentalement, définir les paramètres d’essai de fatigue déplacement contrôlé.<ol>
<li>Ajuster le déplacement limites εmin et εmax de la machine hydraulique servo (voir Table des matières) pour que le σmin et σmax sont dans la gamme d’environ -50 MPa et 300 MPa, respectivement. Attention : La machine hydraulique servo est dangereuse. Utilisez des précautions appropriées et suivez les instructions de la notice de machine hydraulique servo.</li>
		<li>Examiner la formation de la fissure initiale après 2 000, 5 000 et 10 000 cycles à l’aide de la microscopie optique (voir Table des matières) pour définir le nombre optimal de cycles de fatigue et éviter une craquelure.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Sujet au modèle à déplacement contrôlés cyclique uniaxiale pour une quantité définie de cycles.</li>
	<li>Examiner la formation de la fissure initiale après une quantité définie de cycles à l’aide de la microscopie optique. Fissures initiales avec des longueurs jusqu'à environ 20 µm sont produits à la pointe de l’encoche.</li>
	<li>Augmenter le nombre de la fatigue de cycles de chargement si la fissure initiale n’était pas produite.</li>
	<li>Remplacer le spécimen si la longueur de la fissure initiale est supérieure à 50 µm.</li>
</ol>3. microstructure caractérisation
<ol><li>Nettoyer le spécimen préfissurée.<ol>
<li>Nettoyer le spécimen préfissurée avec de l’acétone pendant 20 min à l’aide de l’ultra-son baignoire (voir Table des matières).</li>
		<li>Nettoyer le spécimen préfissurée avec de l’éthanol pendant 20 min à l’aide de l’ultra-son baignoire (voir Table des matières).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Délimiter la zone étudiée à l’aide de Vickers microindentations, comme illustré à la Figure 2 a.<ol>
<li>Suivez les instructions de le microindentor de Vickers (voir Table des matières) pour effectuer les marques microindentation.</li>
		<li>Introduire l’échantillon dans le micro testeur de dureté Vickers (voir Table des matières).</li>
		<li>La valeur de la force de mise en retrait à 500 N.</li>
		<li>Ajustez la position de la première marque d’indentation Vickers à environ 500 µm sur le côté de la pointe de l’encoche. Préparer la deuxième mise en retrait à côté un autre.</li>
		<li>Ajustez la position pour la troisième marque de mise en retrait à environ 500 µm latéralement et environ 400 µm de la pointe de l’encoche.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analyser la microstructure de l’acier de la face latérale de l’échantillon dans le voisinage de l’encoche à l’aide de l’analyse par diffraction (EBSD) électrons rétrodiffusés (voir Table des matières).<ol>
<li>Suivez le mode d’emploi du microscope électronique à balayage pour réaliser une analyse EBSD.</li>
		<li>Définir le grossissement x 200.</li>
		<li>Ajustez la position de l’échantillon sous détecteur EBSD. Veiller à ce que la pointe de l’encoche et trois marques de microindentation Vickers sont dans le cadre de l’EPCA balayage (voir Figure 2 b).</li>
		<li>Définir la taille de l’étape de l’EPCA numérisation à 2 µm. durée de numérisation est d’environ 1 h.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. décoration avec un motif
<ol><li>Nettoyer la surface de l’échantillon avec de l’éthanol (voir Table des matières) pendant 10 min à l’aide de la cuve à ultrasons.</li>
	<li>Sécher l’échantillon à l’aide d’un ventilateur.</li>
	<li>Nettoyer une lame de microscope à l’aide d’une serviette en papier imbibée d’éthanol (voir Table des matières).</li>
	<li>Déposer une fine couche d’encre sur la surface de la lame de microscope. Un marqueur permanent fournit une couche uniforme d’encre sur la surface du verre à la main.</li>
	<li>Appuyez sur le timbre de silicone avec le motif sur la surface du verre pour transférer une couche d’encre sur la surface de timbre.</li>
	<li>Appuyez sur le timbre de silicone recouvert de l’encre sur la surface de l’échantillon.</li>
	<li>Vérifier la qualité de patron de chatoiement au microscope optique. Un exemple du motif moucheté est illustré à la Figure 3. Voir références22,23 pour les détails du motif et impression par microcontact.</li>
	<li>Assurez-vous que la taille du motif moucheté est au moins 10 fois plus petite que la granulométrie du matériau étudié. Remarque : Effectuez les étapes 2, 3 et 4 dans un délai suffisant pour éviter le séchage d’encre. Définir le temps de séchage expérimentalement.</li>
</ol>5. fatigue test avec DIC
<ol><li>La valeur de l’échantillon dans la machine hydraulique servo (voir table des matières). Attention : La machine hydraulique servo est dangereuse. Utilisez des précautions appropriées et suivez les instructions de la notice de machine hydraulique servo.</li>
	<li>Ajuster les paramètres d’essai de fatigue par charge à l’aide de R = 0,1 (σmin = 35 MPa, σmax = 350 MPa) et tester la fréquence de 10 Hz à l’aide du logiciel de contrôle de la machine de fatigue.</li>
	<li>Mettre en place un microscope optique avec 16 x zoom optique de précision (voir Table des matières) pour l’observation optique de l’échantillon entaillé zone.</li>
	<li>Équiper le microscope optique avec un appareil photo numérique avec une résolution de 2 048 pixels x 1,536 pixels.</li>
	<li>Ajuster manuellement le grossissement du microscope optique.<ol>
<li>S’assurer que l’ensemble entaillé surface du spécimen s’insère dans la zone de l’image de la caméra numérique.</li>
		<li>Assurez-vous que la taille du pixel est au moins 5 fois plus petite que la taille du motif.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Exécutez le test de fatigue et de synchroniser avec l’image de système d’enregistrement.<ol>
<li>Capturer les images pendant temporaire (10 s) arrêt de l’essai de fatigue par intervalles de 500 cycles.</li>
		<li>Veiller à ce que la charge est maintenue constante à une moyenne tension d’environ 210 MPa au cours de l’acquisition d’images.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Continuer les essais de fatigue jusqu'à ce que la longueur de la fissure s’approche une valeur critique ou net-section plasticité commence à dominer.</li>
</ol>6. analyse des résultats
<ol><li>Utiliser les images brutes obtenues pour effectuer le taux de croissance des fissures (CGR) et l’analyse DIC à l’aide d’un logiciel commercial (voir Table des matières).<ol>
<li>Utilisez le mode d’emploi pour effectuer une analyse de la CGR. Notez que l’analyse de taux de croissance de crack est possible d’effectuer à l’aide du logiciel commercial automatiquement ou manuellement.</li>
		<li>Effectuer l’analyse CGR manuellement à l’aide du dataset image brute par la mesure de l’augmentation de longueur de fente après chaque 500 cycles.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analyse de la déformation de cisaillement pour la région étudiée à l’aide de logiciels commerciaux.<ol>
<li>Utilisez le mode d’emploi pour effectuer l’analyse de déformation de la souche au cisaillement.</li>
		<li>S’assurer que cette corrélation mode série de temps du logiciel est choisi pour être « par rapport à la première ».</li>
	</ol>
</li>
	<li>Effectuer une analyse du Schmid facteur et les grains de la désorientation de données EBSD à l’aide de la boîte à outils MTEX OpenSource (voir Table des matières). Remarque : Informations sur l’analyse de Schmid facteur et grains de désorientation sont disponibles dans le guide utilisateur de la boîte à outils MTEX24.</li>
	<li>Effectuer une analyse cumulative des résultats obtenus. Remarque : L’analyse cumulative est discutée dans réf.18.<ol>
<li>Utilisation marques de microindentation Vickers pour correspondre à la carte de frontière de grain, la désorientation carte et la carte facteur Schmid sur le dessus du cisaillement contrainte déformation champ18.</li>
		<li>Définir la corrélation entre CGR, champ de déformation et la microstructure (désorientation et cartes facteur Schmid)18.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Remes, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+affecting+the+fatigue+strength+of+thin-plates+in+large+structures.">Factors affecting the fatigue strength of thin-plates in large structures.</a> International Journal of Fatigue. 101, 397-407 (2017).</li><li>Lillem&#228;e, I., Remes, H., Liinalampi, S., It&#228;vuo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+weld+quality+on+the+fatigue+strength+of+thin+normal+and+high+strength+steel+butt+joints.">Influence of weld quality on the fatigue strength of thin normal and high strength steel butt joints.</a> Welding in the World. 60, 731-740 (2016).</li><li>Remes, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain-based+approach+to+fatigue+crack+initiation+and+propagation+in+welded+steel+joints+with+arbitrary+notch+shape.">Strain-based approach to fatigue crack initiation and propagation in welded steel joints with arbitrary notch shape.</a> International Journal of Fatigue. 52, 114-123 (2013).</li><li>Tokaji, K., Ogawa, T., Miller, K. 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Les auteurs n’ont aucun intérêt financier concurrentes de divulguer.

Une approche novatrice de la mesure in situ est introduite pour mesurer le champ de déformation cumulée à un niveau de micro-échelle de grain. Afin de démontrer la capacité d’approche, on étudie le comportement de propagation de fissure de fatigue microstructurally petite acier inoxydable ferritique avec 18 % de Chrome. L’acier étudié était prévue sous forme de chaud roulé plaque d’une épaisseur de 3 mm (voir Table des matières) et moyenne granulométrie d’environ 17 µm21.
Une mesure réussie nécessite qu’une fissure de fatigue initial est produite à la pointe de l’encoche des échantillons pour l’analyse du comportement de propagation plus loin. Afin d’étudier une microstructurally petite fissure, la longueur de la fissure initiale devrait être beaucoup plus petite que la taille de grain de l’acier étudié. Essais de fatigue est le déplacement contrôlé pour éviter la fissure après fissure de fatigue. Il a été constaté que temps de fatigue crack initiation diminue de manière significative à la diminution du ratio des contraintes (R). Ainsi, seulement 10 000 cycles ont été exigées pour la fissure de fatigue dans les échantillons analysés avec R-ratio-0,16, tandis qu’avec Rratio 0,1, la crique de fatigue n’a pas été initialisée même après 100 000 cycles. L’utilisation du ratio charge-R = 0,16 permet d’augmenter la plage de tension de 315 MPa à 350 MPa, ayant encore plus petite capacité de charge de fissuration antérieure à celle des essais de fatigue réelle.
La fissure de fatigue petit intermittent est généralement associée à la microstructure. En particulier, les joints de grain sont considérés comme caractéristiques microstructurales responsables de petite fissure croissance retard4,5,6,7,8,9 , 10 , 11 , 12. la formulation de dislocation dans l’élément de frontière par Hansson et al.13 montre que les frontières de grain subhorizontales se trouvant dans la voie de la voie de la fissure peuvent entraîner une augmentation et la diminution du taux de croissance du crack ; Cependant, les limites du grain fortement inclinées n’affectent pas le taux de croissance des fissures. Les raisons physiques causant le comportement de croissance des fissures anormales ne sont pas bien connues. Afin de révéler les caractéristiques microstructurales provoquant le retard de la petite fente, une caractérisation microstructurale a été réalisée avant les essais de fatigue de l’échantillon. La polissage procédure décrite à l’étape 1 est cruciale pour l’analyse microstructurale fiable à l’aide de EBSD. À l’étape 3, juste avant l’analyse EBSD, le nettoyage de l’échantillon dans de l’éthanol n’est autorisé, car la vapeur d’acétone est dangereuse pour le détecteur EBSD.
Afin de révéler les processus de déformation dans les grains individuels, la taille du motif moucheté doit être significativement inférieure à la taille de grain de l’acier étudié. Depuis la granulométrie moyenne de l’acier après que recuit est environ 350 µm, la taille caractéristique du modèle speckle nécessaire pour le calcul de la DIC a été choisie pour être environ 10 µm22,12. La taille de motif moucheté doit être au moins 10 fois plus petite que la taille de grain de l’acier a étudié pour la bonne mise en œuvre de l’étape 5. La surface de l’échantillon est ornée d’un motif moucheté à l’aide d’un tampon de silicone. Nous utilisons un outil pneumatique sur mesure (voir Figure 6) pour un fonctionnement rapide et précis du timbre.
Petite fatigue crack propagation comportement est étudié au cours des essais de fatigue par charge des éprouvettes préfissurées utilisant le R-rapport de 0,1 (σmin = 35 MPa, σmax = 350 MPa) et la fréquence de 10 Hz. essais de Fatigue suit avec mesure de corrélation (DIC) l’image numérique. La zone d’intérêt est contrôlée à l’aide d’un microscope optique, 16 x lentille de Zoom de précision, avec une résolution de 2 µm/pixel. Images sont captées au cours temporaire (10 s) arrêt de l’essai de fatigue par intervalles de 500 cycles. Au cours de l’acquisition d’images, le chargement est maintenu constant, avec un stress moyen d’environ 210 MPa, afin d’avoir des conditions de charge égale pour toutes les images, stabiliser la déformation plastique et éviter la fermeture de fissures de fatigue et de fluage vaste accompagné min et max de chargement vigueur, respectivement. La nouveauté de la méthode est basée sur la haute résolution enregistrement d’images DIC in situ qui permet de révéler des zones de déformation minuscules formant au cours de la fissure de fatigue petit. Le succès de l’expérience dépend de la bonne exécution de la procédure de fissuration, sélection de l’intervalle de capture d’image et de grossissement pour éviter le flou de petits éléments tels que les zones de localisation de déformation de cisaillement observés. Ainsi, choix approprié de résolution de la caméra, optique grossissement et moucheté taille de motif tel que décrit à l’étape 5 du protocole peut être cruciale pour l’enquête sur les phénomènes de localisation de souche. Cependant, la morphologie des zones de localisation de déformation de cisaillement n’est toujours pas claire et a besoin de nouvelles améliorations du motif moucheté et la résolution de l’image de l’appareil de contrôle.
L’approche méthodologique décrit dans cet article est adapté à l’analyse de croissance des fissures de fatigue petites fissures dans les matériaux grossiers. Une combinaison de croissance la fissure mesure et analyse de champs de déformation à l’aide de niveau de grain sub pour révéler le mécanisme qui sont responsables de la croissance anormale de la fatigue de petite fissures18, en plus de la limite de grain largement observée effets sur le SCTs-m. comprendre les mécanismes de fractures de fatigue rend possible le développement de nouvelles approches théoriques et permet ainsi, conception du briquet et plusieurs structures efficaces de l’énergie à l’avenir.

Nouvelles solutions légères sont nécessaires pour améliorer l’efficacité énergétique des véhicules tels que les navires. Réduction du poids des grandes structures en acier est possible en utilisant des matériaux de pointe en acier. L’utilisation efficace du nouveau matériel et la solution légère nécessite la fabrication de haute qualité et méthodes de conception robuste1,2. Une méthode de conception robuste : analyse structurale dans des conditions réalistes de chargement, tels qu’induite par la vague de chargement dans le cas d’un navire de croisière, ainsi que les calculs de réponse pour définir les déformations et les contraintes. Le niveau de stress autorisées est défini d’après force détails structurels essentiels. Dans le cas de grandes structures, ce sont généralement des soudures avec une microstructure inhomogène. Un des défis clés de la conception de nouvelles solutions légers est fatigue en raison de son caractère cumulatif et localisée, souvent ayant lieu à encoches de soudure. Pour une fabrication de haute qualité, le comportement de fatigue est dominé par la fissure de fatigue petit (SFC) puisque fabrication induit par défauts sont très petites1,3. Ainsi, la compréhension fondamentale de la fissure de fatigue petits matériaux métalliques est cruciale pour une utilisation durable de nouveaux aciers dans les structures de haute performance.
La modélisation efficace d’un tel processus compliqué que la propagation de la fissure de fatigue dans des matériaux métalliques polycristallins est impossible sans une compréhension claire des processus physiques qui accompagnent le mécanisme de fracture de fatigue. Un effort important de la recherche a porté sur l’étude de propagation de la fissure de fatigue à l’aide de repères visuels et à l’analyse statistique. Jusqu’ici, comportement en fatigue petite fissure croissance a principalement été étudiée par des méthodes théoriques en raison des limites des techniques expérimentales. La fatigue anormale fissure taux un retard de croissance pour SCTs-m est généralement associé à la grain limites (GB)4,5,6,7,8,9. Cependant, les raisons de la croissance anormale de SFC sont encore en discussion. Les résultats obtenus par modélisation théorique en utilisant une méthode discrète de dislocation montre la formation d’une paroi de dislocation, ou une limite court subhorizontales grain causée par les dislocations émise par la fissure de fatigue qui affectent le taux de croissance de fissure de fatigue10 ,11,12,13. Jusqu'à tout récemment, il a été un défi en précise analyse expérimentale du comportement croissance fatigue petite fissure. Les observations expérimentales sont nécessaires pour l’élaboration de principes physiques selon les modèles computationnels.
Pour l’analyse du comportement de déformation matérielle cyclique à micro-échelle il est souhaitable d’avoir des mesures de déformation de plein champ qui peuvent être effectués sur place pendant le chargement cyclique à l’aide de la norme mécanique équipement, avec une résolution spatiale d’essai au moins une ordre de grandeur inférieure à l’échelle de longueur caractéristique de la microstructure. Afin de comprendre les variations des taux de croissance des fissures fatigue, champs de déformation mesurées sont souvent liés aux électrons rétrodiffusés diffraction (EBSD) mesures de microstructure de matériaux. Carrol et coll.14 fournissent un quantitatif, plein champ ex situ mesure de déformation plastique près d’une crique de fatigue long croissant dans un alliage super à base de nickel, montrant la formation de lobes asymétriques dans la foulée en plastique de la crique de fatigue multiplication. À fort grossissement, corrélation d’images numériques de microscopie électronique (DIC) a révélé des inhomogénéités de souche liées à la localisation de souche sur les bandes de glissement, avec lits jumeaux et des joints de grain qui affectent la fatigue crack comportement de croissance. Toutefois, l’occasion ex-situ l’approche de mesure n’est pas en mesure de capturer le champ de déformation au cours de la propagation de la fissure de fatigue. Une étude expérimentale d’émousser en plastique au cours de la propagation de la fissure de fatigue longue a été réalisée par Peralta15 à l’aide de DIC in situ de pureté commerciale Ni (99,6 %). Les résultats ont révélé que l’accumulation de déformation plastique a été dominée par cisaillement le long des bandes de glissement qui étendu devant la fissure et étaient disposés à l’égard de la direction de croissance de fissure. La localisation de la déformation observée dans les bandes de glissement est probablement causée par une surcharge, puisque les valeurs de facteur d’intensité faible contrainte entraînent un caractère mixte de la déformation (cisaillement et souche normale)14,15. Une distribution de champ de déformation hétérogène au niveau des grains a été observée pour l’aluminium à grain grossier en alliage16 et acier duplex17, où l’activation des systèmes de glissement luxation a été associée à droit16 de Schmid ,17.
Une étude récente réalisée par Malitckii18 manifeste que comportement anormal de croissance SFC est contrôlée par des inhomogénéités de souche liées à la structure du grain ou, en particulier, par accumulation de zones de localisation de déformation de cisaillement devant la fissure. Avec motifs de micro-échelle de haute qualité et grains de plus de 100 µm, microscopie optique DIC activé les mesures de déformation des céréales secondaires in situ pour la première fois. Toutefois, en Malitckii18, la nouvelle méthodologie appliquée au champ de déformation plastique de mesure in situ sur des centaines de milliers de cycles de charge ne était pas présentée ou discutée en détail. Par conséquent, l’objectif de cet article est d’introduire cette nouvelle approche expérimentale pour étudier le comportement en fatigue petite fissure croissance dans des matériaux polycristallins dans le régime mégacyclique. La nouveauté de l’approche se compose de mesure in situ plein champ souche en utilisant une technique de modèle unique, en plus de la mesure fissure de la fréquence de la croissance. Parce que cette méthode utilise des capteurs d’image optique il permet la capture des milliers d’images lors de l’essai de fatigue. Diffraction d’électrons rétrodiffusés (EBSD) est utilisée pour la caractérisation microstructurale et combinée avec les mesures pour révéler l’impact des joints de grain sur la fatigue petite fissure croissance retard18DIC. L’approche est appliquée pour la mesure de propagation de fissure de fatigue petit en CCI 18 % Cr acier inoxydable ferritique18 simulant le comportement de la structure d’acier pour applications structurelles de grande envergure. Dans cet article, nous expliquer les principales étapes de la procédure de mesure et fournir une analyse sommaire des principales conclusions.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:646px;" width="647">
	<tbody>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:223px;">Acetone</td>
			<td style="width:100px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:137px;">STBH7695</td>
			<td style="width:186px;">Acetone pyrity &#8805; 99.5 %</td>
		</tr>
		<tr height="55">
			<td height="55" style="height:55px;width:223px;">Argon gas</td>
			<td style="width:100px;">Oy AGA Ab, Industrial Gases (Finland)</td>
			<td style="width:137px;">UN 1006</td>
			<td style="width:186px;">Gas purity &#8805; 99.9999 %</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:223px;">Chamber furnace</td>
			<td style="width:100px;">Lenton</td>
			<td style="width:137px;">4934</td>
			<td style="width:186px;">heat range 20-1200 oC</td>
		</tr>
		<tr height="55">
			<td height="55" style="height:55px;width:223px;">Commercial software DaVis 8</td>
			<td style="width:100px;">LaVision Inc.</td>
			<td style="width:137px;"></td>
			<td style="width:186px;">Commercial software used for crack growth rate and strain field analysis</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">Custom-made pneumatic stamping tool</td>
			<td style="width:100px;">Aalto University</td>
			<td style="width:137px;"></td>
			<td style="width:186px;">Made in Aalto University</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">Diamond paste</td>
			<td style="width:100px;">Struers Inc.</td>
			<td style="width:137px;">DP-Mol. 3 &#181;m, DP-Nap. 1 &#181;m,</td>
			<td style="width:186px;">Paste for polishing</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">Emery paper</td>
			<td style="width:100px;">Struers Inc.</td>
			<td style="width:137px;">FEPA P #800, FEPA P #1200, FEPA P #2500</td>
			<td style="width:186px;">Paper for grinding</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:223px;">Ethanol</td>
			<td style="width:100px;">Altia Industrial</td>
			<td style="width:137px;">ETAX Ba</td>
			<td style="width:186px;">Ethanol pyrity &#8805; 99.5 %</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">FEG-SEM scanning electron microscope</td>
			<td style="width:100px;">ZEISS</td>
			<td style="width:137px;">ULTRA 55</td>
			<td style="width:186px;">EBSD analysis</td>
		</tr>
		<tr height="55">
			<td height="55" style="height:55px;width:223px;">Ferritic stainless steel</td>
			<td style="width:100px;">Outokumpu Stainless Oyj (Finland)</td>
			<td style="width:137px;">Core 441/4509 (ASTM UNS S43940)</td>
			<td style="width:186px;">3 mm rolled plate</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">For Vacuum pump</td>
			<td style="width:100px;">Leybold-Heraeus</td>
			<td style="width:137px;">D4B/WS</td>
			<td style="width:186px;"></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:223px;">Grinding machine</td>
			<td style="width:100px;">Struers Inc.</td>
			<td style="width:137px;">LaboPol-21</td>
			<td style="width:186px;">Hand grinding</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">MasterMet 2 Non-Crystallizing Colloidal Silica Polishing Suspension</td>
			<td style="width:100px;">Buehler Inc.</td>
			<td style="width:137px;">40-6380-064</td>
			<td style="width:186px;">0.02 &#181;m colloidal silica&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">MatLab software</td>
			<td style="width:100px;">MathWorks Inc.</td>
			<td style="width:137px;"></td>
			<td style="width:186px;">MatLab software used as a platform for MTEX toolbox</td>
		</tr>
		<tr height="55">
			<td height="55" style="height:55px;width:223px;">Milling machine</td>
			<td style="width:100px;">&#1047;&#1060;&#1057; Stankoimport (Moscow, USSR)</td>
			<td style="width:137px;">6P82&#1064; #22</td>
			<td style="width:186px;">Aalto University machining services</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:223px;">Micro Vickers hardness tester</td>
			<td style="width:100px;">Buehler Inc.</td>
			<td style="width:137px;">1600-6400</td>
			<td style="width:186px;"></td>
		</tr>
		<tr height="74">
			<td height="74" style="height:74px;width:223px;">MTEX software</td>
			<td style="width:100px;">Open source</td>
			<td style="width:137px;"></td>
			<td style="width:186px;">Open source toolbox based on MatLab for analysis of the EBSD data (http://mtex-toolbox.github.io/)</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">Optical microscope</td>
			<td style="width:100px;">Nikon Corporation</td>
			<td style="width:137px;">EPIPHOT 200</td>
			<td style="width:186px;"></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:223px;">Polishing machine</td>
			<td style="width:100px;">Struers Inc.</td>
			<td style="width:137px;">LaboPol-5</td>
			<td style="width:186px;">Hand polishing</td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">Servo hydraulic machine</td>
			<td style="width:100px;">MTS system corporation</td>
			<td style="width:137px;">858 Table Top System</td>
			<td style="width:186px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:223px;">Turbomolecular pump</td>
			<td style="width:100px;">Leybold-Heraeus</td>
			<td style="width:137px;">Turbovac 50</td>
			<td style="width:186px;"></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:223px;">Vibratory polisher</td>
			<td style="width:100px;">Buehler Inc.</td>
			<td style="width:137px;">VibroMet 2</td>
			<td style="width:186px;">Automatic polishing</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:223px;">Wire-cut EDM</td>
			<td style="width:100px;">TamSpark Oy</td>
			<td style="width:137px;">Charmilles robofil 400</td>
			<td style="width:186px;">wire diameter 0.15 mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

full-field strain measurements for microstructurally small fatigue crack propagation using digital image correlation method

Une approche novatrice de la mesure est utilisée pour révéler le champ de déformation cumulée à un niveau de céréales secondaires et d’étudier l’influence de la microstructure sur la croissance des fissures de fatigue microstructurally petit. La méthodologie d’analyse de champ souche proposée repose sur l’utilisation d’une technique unique de crépitant avec une taille de tache caractéristique d’environ 10 µm. La méthodologie est appliquée à l’étude du comportement de fissure de fatigue petit dans cubique corps centré (bcc) acier inoxydable ferritique de Fe-Cr avec une taille de grain relativement importante ce qui permet une précision de mesure spatiale élevée au niveau du grain sous. Cette méthodologie permet la mesure de la fissure de fatigue petits événements arriération et associés les zones de localisation de déformation de cisaillement intermittente devant la fissure. En outre, cela peut être corrélée avec l’orientation du grain et de la taille. Ainsi, la méthodologie développée peut fournir une meilleure compréhension fondamentale du comportement croissance fatigue petite fissure, nécessaire pour l’élaboration de modèles théoriques robustes pour la propagation de fissures de fatigue petit dans les matériaux polycristallins .

À l’aide de la méthodologie proposée, nous pouvons analyser le champ de déformation sous grain s’accumuler au cours de la propagation de la fissure de fatigue petit sous charge cyclique. La caractérisation est effectuée au niveau de grain void montrant des minuscules caractéristiques du comportement matériel sous chargement même au sein d’un seul grain dynamique. En particulier, la formation de cisaillement champs de déformation localisation a été observée comme illustré à la Figure 4. Un certain nombre de tests ont été effectué afin de vérifier les phénomènes observés.
Le champ de déformation est facilement associé à l’image de frontière de grain pour une caractérisation complète des fonctionnalités responsables pour le comportement de la croissance anormale des criques de fatigue petit (voir Figure 5). Analyse cumulée du champ de déformation, microstructure, taux de croissance des fissures et fissures chemin révèlent une dépendance entre la petite fissure un retard de croissance taux et l’accumulation du cisaillement souche localisation zone18, comme le montre la vidéo.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig1.jpg"> Figure 1 : Vue schématique de l’éprouvette de fatigue de l’inox ferritique étudié (les dimensions sont en mm). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig2.jpg"> Figure 2 : Image de la SEM de la face latérale de l’échantillon de l’acier inoxydable ferritique à proximité de la zone crantée (a) et sa carte de chiffre (CIP) pôle inverse avec clé IPF dans l’encart (b). L’alignement du champ de déformation DIC et EBSD image a été réalisée avec l’aide de Vickers microindentations illustrées par des cercles en pointillés (un). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig3.jpg"> La figure 3. Microscopie optique de la surface latérale de spécimen orné d’un motif.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig4.jpg"> Figure 4 . Accumulation intermittente les souche localisation de zones de cisaillement au cours de la fissure de fatigue petit. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig5.jpg"> Figure 5 . Deux exemples (a et b) de la vue combinée du cisaillement champ de déformation et de la microstructure de l’acier étudié testé en fatigue. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig5large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig6.jpg"> Figure 6 . Machine pneumatique sur mesure pour motif de décoration des spécimens. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig6large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

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Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

Est étudié le comportement en fatigue microstructurally petite fissure croissance utilisant une nouvelle approche méthodologique combinant analyse-champ de déformation et de mesure du taux de croissance fissure pour révéler le champ de déformation cumulative au niveau de céréales secondaires.

Souche de plein champ des mesures pour Microstructurally petite Fatigue Crack Propagation à l’aide de la méthode de corrélation d’images numériques

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Mesures des souches en plein champ pour la propagation des fissures de fatigue micro-structurellement petites à l’aide de la méthode de corrélation d’image numérique. De nouvelles solutions légères sont nécessaires pour améliorer l’efficacité énergétique des véhicules tels que les navires, la réduction de poids des grandes structures en acier, est possible en utilisant des matériaux d’acier de pointe. L’utilisation efficace nécessite une qualité de fabrication élevée et des méthodes de conception robustes, des méthodes de conception robustes signifient une analyse structurelle dans des conditions de chargement réalistes, telles que sous la charge induite par les vagues dans le cas d’un navire de croisière, l’analyse de la force structurale des structures comprend des calculs de réponse pour définir la déformation et les contraintes, le niveau de stress autorisé est défini en fonction de la force des détails structurels critiques , dans le cas de grandes structures, il est généralement soudé joints dans la micro-structure homogène, l’un des principaux défis de conception est la fatigue en raison de sa nature cumulative et localisée, par exemple à l’encoche de soudure, pour la qualité de fabrication élevée la question la plus importante est l’initiation de fissures de faible fatigue et la propagation, puisque les fissures comme les défauts de fabrication sont négligés.Cette recherche étudie la petite fissure de fatigue et introduit une nouvelle approche expérimentale, la nouveauté de l’approche consiste en la mesure in situ de la souche complète sur le terrain à l’aide d’une technique de modèle unique, combinée à la mesure du taux de croissance de la manivelle en même temps que l’analyse micro-structurelle révèle l’impact des concentrations de stress de cisaillement et des limites de grain sur le retardement des fissures de faible fatigue. Nous expliquons les principales étapes de la procédure de mesure et fournissons une analyse sommaire de la constatation principale. Première étape, préparation des spécimens et annealing, la plaque d’acier est annelé dans l’atmosphère azoté à une température de 1200 degrés Celsius pendant une heure et trempé dans l’eau, la procédure d’annealage entraîne une augmentation de la taille moyenne du grain de l’acier étudié jusqu’à 349 micromètres, sans formation d’extension de particules de carbure de chrome, les spécimens crantés avec une épaisseur d’un millimètre sont coupés de la plaque annealed de l’acier ferritique étudié à l’aide d’usinage de décharge électrique , le schéma du spécimen est montré ici.Les surfaces des spécimens sont polies, terminant avec naught point naught deux micromètres de polissage vibratoire de silice colloïdale qui est nécessaire pour l’analyse de diffraction de dispersion du dos électronique. Deuxième étape, pré-fissuration de la fatigue, spécimen est soumis à la charge cyclique uniaxiale et la fréquence de fatigue 10 hertz, fissures initiales avec la longueur d’un micromètre à 20 micromètres sont produites à la pointe de l’encoche. La surveillance optique de la formation initiale de fissures après 10 000 cycles de chargement du cycle, répéter les essais de chargement du cycle si la fissure initiale n’a pas été produite.Troisième étape, la caractérisation micro-structurelle, les marques de micro-indentation vickers sont utilisées pour marquer la zone d’intérêt, la micro-structure de l’acier est étudiée à partir de la surface latérale du spécimen à proximité de l’encoche à l’aide de l’analyse de diffraction de rétrodéciffrateur électronique. L’analyse du facteur Schmid et de la désorientation des limites céréalières est effectuée ici. Étape quatre, décoration avec un motif, nettoyer la surface du spécimen avec de l’éthanol, déposer une fine couche d’encre sur la surface de verre, appuyez sur le timbre de silicone avec un motif sur le verre pour déplacer une couche d’encre à la surface du timbre, nous utilisons un outil pneumatique sur mesure pour un fonctionnement rapide et précis avec le timbre, appuyez sur le timbre en silicone recouvert de l’encre sur la surface du spécimen , vérifiez la qualité du motif speckle à l’aide de microscopie optique, un exemple du motif moucheté est montré ici.Cinquième étape, tests de fatigue avec corrélation d’image numérique, test de fatigue et synchronisation avec le système d’enregistrement d’images, les tests de fatigue se poursuivent pendant que la longueur de fissure s’approche d’une valeur critique ou que la déformation plastique commence à dominer. Étape 6, analyse des résultats, les images obtenues sont analysées à l’aide d’un logiciel commercial pour effectuer le calcul du taux de croissance des fissures et l’analyse de corrélation d’image numérique, l’analyse de la déformation de la souche de cisaillement est effectuée pour la zone étudiée, l’analyse cumulative des résultats obtenus, l’utilisation des marques de micro-indentation vickers pour l’alignement approprié du champ de déformation de la souche de cisaillement avec des données de cartographie de diffraction de rétrodéciffrateur électronique , limites des grains, carte d’orientation des céréales. Résultats représentatifs, accumulation de champ de contrainte de cisaillement à la taille du sous-grain pendant la propagation courte de fissure de fatigue, vue combinée de l’accumulation de champ de contrainte de cisaillement et de la micro-structure de l’acier étudié, combinaison du taux de croissance de fissure et de l’analyse d’accumulation de contrainte de cisaillement donnent un mécanisme possible de la croissance petite fissure de fatigue, petite fissure de fatigue propage à partir de la fissure initiale produite par la procédure de pré-fissuration , la zone de contrainte de cisaillement se localise avant la pointe de fissure et la taille de la zone de contrainte de cisaillement se développe tandis que la fissure se propage vers la localisation, quand la fissure s’approche de la zone de localisation de contrainte, le taux de croissance de fissure diminue sensiblement en raison du changement du mode de propagation de fissure, le taux de croissance de fissure augmente continuellement après que la fissure traverse le centre de la zone de localisation de contrainte , le taux de croissance des fissures recommence à diminuer dès que la prochaine zone de localisation des souches s’est formée avant la pointe de fissure.Conclusion, de nouvelles recherches permettent de mieux comprendre le comportement de croissance des fissures de faible fatigue, la combinaison de la mesure du taux de croissance des fissures et de l’analyse des champs de souches au niveau des sous-grains contribue à révéler le mécanisme responsable de la croissance anormale des petites fissures de fatigue, cette compréhension plus profonde du comportement de croissance des fissures de faible fatigue permet de développer de nouvelles approches théoriques et ainsi permettre la conception de structures plus légères et plus économes en énergie à l’avenir.

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