Abstract
The rotation of principal stress/strain axes, which takes place under conditions of non-proportional fatigue loading, may significantly worsen the fatigue life. An explanation of this phenomenon can be found through microstructure examination. In this paper, we present the results of a microstructure examination of a X5CrNi18-10 steel subjected to fatigue loading, both, proportional and non-proportional. The variability of the positions of the principal stress axes was controlled by a fatigue loading program that consisted of alternatively realised blocks of torsion and tension-compression. The microscopic investigations were carried out by X-ray structural analysis and the micro-hardness of the material was examined. The results revealed that the application of cyclic loading caused a plasticity-induced martensitic transformation. Comparative analysis showed that the transformation depended on intensity and the kind of applied loading.
Kurzfassung
Einfluss der Ermüdungsbelastung auf das Gefüge eines hochlegierten austenitischen Stahles. Die Rotation der Spannungs-/Dehnungs-Hauptachsen, wie sie unter nicht-proportionaler Ermüdungsbeanspruchung stattfindet, kann die Lebensdauer signifikant verringern. Erklärungen für dieses Phänomen können mittels Gefügeuntersuchungen gefunden werden. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse der Gefügeuntersuchungen an dem hochlegierten austenitischen Stahl X5CrNi18-10 vorgestellt, der sowohl nichtproportionaler als auch proportionaler Beanspruchung unterzogen wurde. Die Veränderlichkeit der Positionen der Hauptachsen wurde mittels eines Ermüdungsbeanspruchungsprogrammes kontrolliert, das aus alternative realisierten Blöcken von Torsions- und Zug- Druck-Beanspruchungen bestand. Die Gefügeuntersuchungen wurden mittels Röntgenstrukturuntersuchungen durchgeführt und es wurde die Mikrohärte des Werkstoffes bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die aufgebrachten zyklische Beanspruchungen eine verformungsinduzierte martensitische Umwandlung verursachen. Vergleichsanalysen zeigten, dass diese Transformation von der Intensität und der Art der aufgebrachten Beanspruchung abhängt.
Refrences
1 L.Bochera; P.Delobellea; P.Robineta; X.Feaugasb: Mechanical and microstructural investigations of an austenitic stainless steel under non-proportional loadings in tension–torsion-internal and external pressure, in: Int. J. Plasticity17 (2001) pp. 1491–1530Search in Google Scholar
2 D.Socie: Multiaxial Fatigue Damage Models, in: Journal of Engineering Materials and Technology109 (1987), pp. 293–29810.1115/1.3225980Search in Google Scholar
3 I.Ohkawa; H.Takahashi; M.Moriwaki; M.Misumi: A study on fatigue crack growth under out-of-phase combined loadings, in: Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct.20 (1997), pp. 929–940Search in Google Scholar
4 M.Feng; F.Ding; Y.Jiang: A study of loading path influence on fatigue crack growth under combined loading, in: Int. J. Fatigue28 (2006), pp. 19–27Search in Google Scholar
5 X.Chen; Q.Gao; X.F.Sun: Low-cycle fatigue under non-proportional loading, in: Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct.19 (1996), pp. 839–854Search in Google Scholar
6 D.Skibicki: Experimental verification of fatigue loading non-proportionality model, in: Journal of Theoretical and Applied Mechanics45 (2007), pp. 348–373Search in Google Scholar
7 D.Skibicki: Experimental verification of fatigue loading non-proportionality model, in: Abstracts of the 8th International Conference on Multiaxial Fatigue and Fracture, Sheffield Hallam University (2007) S7B1Search in Google Scholar
8 M. V.Borodii; S. M.Shukaev: Additional cyclic strain hardening and its relation to material structure, mechanical characteristics and lifetime, in: Int. J. Fatigue29 (2007), pp. 1184–1191Search in Google Scholar
9 J.Kaleta; G.Zietek: Identification of Cyclic Softening and s-e Hysteresis in Austenitic Steel with Plasticity - Induced Martensitic Transformation, in: Materials Science and EngineeringA234-236 (1997) pp. 680–683Search in Google Scholar
10 M.Coret; S.Calloch; A.Combescure: Experimental study of the phase transformation plasticity of 16MND5 low carbon steel induced by proportional and nonproportional biaxial loading paths, in: European Journal of Mechanics A/Solids23 (2004) pp. 823–842Search in Google Scholar
11 C.Bouvet; S.Calloch; C.Lexcellent: A phenomenological model for pseudoelasticity of shape memory alloys under multiaxial proportional and non-proportional loadings, in: European Journal of Mechanics A/Solids23 (2004) pp. 37–61Search in Google Scholar
12 J.Jelenkowski: Ksztaltowanie struktury stali z wykorzystaniem przemiany martenzytycznej, in: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa (2005), (in Polish)Search in Google Scholar
© 2010, Carl Hanser Verlag, München