Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.10a
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pp.106-111
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2003
This study made an experiment On fatigue crack propagation da/dn, stress intensity factor range ${\Delta}K$ respectively in room temperature and in low temperature. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried Out in the environment of room temperature and law temperature at $25^{\circ}C$, $-60^{\circ}C$, $-80^{\circ}C$, and $-100^{\circ}C$ in the range of stress ratio of 0.3 by means of opening made displacement. The threshold stress intensity factor range ${\Delta}Kth$ in the early stage of fatigue crack growth (Mode I) and stress intensity factor range ${\Delta}K$ in the stable of fatigue crack growth (Made II) was decreased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at law temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
Kim, Jong Bum;Hwang, Soo-Kyung;Kim, Bum Joon;Lee, Jong Hoon;Park, Chang Gyu;Lee, Hyeong Yeon;Kim, Moon Ki;Lim, Byeong Soo
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.4
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pp.271-279
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2012
9-12% Cr steels have been used in thermal power plants which repeat start and stop operations. Major factors of fatigue life are temperature, frequency, stress ratio, holding time, microstructure, and environment. Normally, fatigue life decreases at high temperature, low frequency, high stress ratio, and long holding time conditions. A Mod.9Cr-1Mo steel, called G91, was developed at ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA) and was adopted as a high-temperature structural material in the ASME Code in 2004. However, its low-cycle fatigue and fatigue crack growth characteristics have been rarely studied. In this work, we have investigated the low-cycle fatigue crack growth behaviors of G91 steel under various test conditions in terms of temperature and stress ratio. As temperature and stress ratio increase, the crack growth rate becomes faster and striation distance also increases. On the other hand, the number of branch cracks decreases.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.1
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pp.40-51
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1986
A study has been made of the corrosion fatigue of high strength low alloy steel in 3.5% NaCl solution under tension stress for solution temperature being 25.deg. C, 55.deg. C and 85 .deg. C. The main results obtained are as follows; 1) The corrosion fatigue crack growth rate curve could be divided into the First Region, the Second Region and the Third Region. 2) The corrosion fatigue crack growth rates in the First Region and the Second Region were Arrhenius temperature-dependent in this test range. The apparent activation energies for the corrosion fatigue cack growth rate were found to be 2000cal/mol in the First Region and 3700 cal/mol in the Second Region. 3) Hematite (Fe$_{2}$O$_{3}$) as the hexahedral crystal and magnetite (Fe$_{3}$O$_{4}$) as the octahedral crystal were observed in the corrosion products on the corrosion fatigue fracture surface at 85.deg. C and the anode fusion seem to be generated in the crack tip region at high temperature. 4) The complex environment effect ratio which was defined by the ratio of fatigue crack growth rate in corrosion environment to that in air might be considered not only a criterion estimating the effect of environment quantitatively but also an important parameter in the selection of the design stress for the fail safe design. The complex environment effect was not greater than ten in this test.
Fatigue crack growth test or low alloy steel was performed in high temperature water. Test parameters were dissolved oxygen content. loading frequency and R-ratio ($P_{min}/P_{max}$). Since the sulfur content or the steel was low, there were no environmentally assisted cracks (EAC) in low dissolved oxygen(DO) water. At high DO, the crack growth rate at R = 0.5 tests was much increased due to environmental effects and the crack growth rate depended on loading frequency and maximized at a critical frequency. On the other hand, R = 0.7 test results showed an anomalous decrease of the crack growth rate as much different behavior from the R = 0.5. The main reason of the decrease may be related to the crack tip closure effect. All the data could be qualitatively understood by effects of oxide rupture and anion activity at crack tip.
The lightness of components that was required in automobile and machinery industry requires high strength of components. In particular, manufacturing process and new materials development for solving the fatigue facture problem attendant upon high strength of suspension of automobile are actively advanced. In this paper, the effect of compressive residual stress of spring steel(JISG SUP-9)by shot-peening on fatigue crack growth characteristics in high temperature($100^{\circ}C,\;150^{\circ}C,\;180^{\circ}C$)was investigated with considering fracture mechanics. So, we can obtaint the followings. (1) Compressive residual stress is decreased with increasing the test temperature. (2) The effect of compressive residual stress on fatigue crack growth behavior in high temperature is increased below ${\Delta}K=17{\sim}19MPa{\sqrt{m}}$. (3) It was investigated by SEM that the constraint of compress residual stress for plastic zone of fatigue crack tip was decreased in high temperature as compared with room temperature.
The social demand urges us to use some equipments and structures in high temperature environment. By this occasion, the necessity of studying the fatigue crack growth is an important aspect of new materials. However, the present situation is rarely to accumulate the fatigue data. Especially, 1Cr-1Mo-0.25V steel and 304 stainless steel have been increased to be used under the severe condition of high temperature. And so, the fatigue estimation of those materials is important and appropriate. Fatigue tests have been carried out to examine the crack initiation, growth behaviour for the small fatigue crack of 1Cr-1Mo-0.25V steel and 304 stainless steel at room temperature and 538^{\circ}C$. The remote measurement system which has many merits of checking and saving the image for detailed examination was applied to closely detect the crack length. Generally, the fatigue crack initiated in the form of multiple cracks and grew each other. And then it coalesced to become a major crack. The major crack governed the rest of the fatigue life. In the growing process, each peripheral cracks interact and grow for a certain period. After then, it coalesced and fractured. On the basis of the above experimental data for the small crack, a simulation program was developed to predict the residual life time and to estimate the integrity of machine elements and structures. At the same time, the simulation was extended to 1Cr-1Mo-0.25V steel. The simulation results have shown a good agreement to those of the experimental ones for both materials of 1Cr-1Mo-0.25V steel and 304 stainless steel with small cracks. The NASCRAC has applied to compare the fatigue life with the experimental results. And so, it can be said that the simulation program is valuable tools to the industrial fields.
The remote measurement system(RMS) as a new experimental method is limited in its application to crack measurement at elevated temperatures because of the oxide layer on the specimen surface. Since TiAIN and Cr coating layers have a high resistance to oxidation and wear, this paper proposed a TiAIN and Cr coating technique for specimens to facilitate the measurement of crack growth behavior using RMS. To investigate the effects of the coating layer, tension and fatigue tests were carried out at room temperature and at $538^{\circ}C$. The test material was 1Cr-1Mo-0.25V steel which is widely used as a turbine rotor material. From the experimental results, it was found that the mechanical properties of the TiAIN and Cr coated specimens were similar to those of the substrate. Accordingly, the TiAIN and Cr coated layer had hardly any influence on the fatigue crack propagation.
The fatigue crack growth behaviors of SA508 Gr.3 Cl.2 low alloy steel in high temperature water environment were investigated. Overall, weld metal showed similar crack growth rate as that of base metal. At 0.01 Hz, fatigue crack growth rate (FCGR) was higher than that in air while the difference was smaller at 0.1 Hz. Also, FCGR showed ${\Delta}K$ dependency at 0.1 Hz only, indicating that the environmental effect was much greater at slower loading frequency of 0.01 Hz. FCGR of SA508 Gr.3 Cl.2 low alloy steel was compatible to or smaller than the ASME Sec. XI fatigue reference curves in high temperature water environment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.3
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pp.548-554
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1994
The high temperature fatigue crack growth behavior of SUS 304 stainless steel at $550^{\circ}C$ and $650^{\circ}C$ was investigated under various kinds of stress ratio and frequency in sinusoidal waveform on the basis of the non-linear fracture mechanics. The result arranging crack growth rate by modified J-integral J' showed influence of stress ratio and frequency. All the data obtained under the test at $550^{\circ}C$ were plotted within data band of da/dN-${\triangle}J_f$ relationship for cycle-dependent crack growth. On the basis of static creep and cycle-dependent data band; both time- and cycle-dependent crack growth behavior was observed under loading conditions at $650^{\circ}C$, but cycle-dependent crack growth behavior predominantly appeared and time-dependent crack growth behaviour was little observed under loading conditions at $550^{\circ}C$. Fractographic examinations for fracture surface indicated that the fracture mode was generally transgranular. The stripes were found on fracture surface and each stripe was accompanied by a crack tip blunting and an abrupt increase in the load-point displacement. The $J'_{an}$ had a validity in case of $650^{\circ}C, but scarcely had it in case of $550^{\circ}C$.
Application of the relationship $da/dN=C({\Delta}K)^{m}$ is effective in the analysis of fatigue crack growth life. The values of material constant C and m have great influences on the predicted fatigue life and the relationship between fatigue crack growth rate(da/dN) and stress intensity factor range(${\Delta}K$) is effective in fatigue crack growth behavior. In this paper, fatigue crack growth behavior of the welded joints in HT60 grade TMCP(Thermo Machanical Control Process) steel have been studied. To evalute the fatigue crack growth rates of HT60 grade TMCP steel, fatigue test was performed by base metal(BM), heat affected zone(HAZ) and weld metal(WM) in TMCP steel at room temperature. We determined the relationship of $da/dN-{\Delta}K$ by correlation between C and m obtained from the Paris-Erdogan power law data supplied HT60 grade TMCP steel. The obtained results from this study indicate that fatigue crack growth rate of TMCP steel is not influenced by softening effect which occurs in the HAZ when high heat input weld is carried out. Softening effects, which affect fatigue properties. are shown that it is not affected to the fatigue growth rates significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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