Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i. > Výzkum > Skupina nízkocyklové únavy

Skupina nízkocyklové únavy

Vedoucíprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
E-mail [javascript protected email address]
Telefon+420 532 290 379
Místnost112
Nadřazená jednotkaOddělení mechanických vlastností

Premature failure of components and structures designed on the basis of monotonic and traditional high cycle life curves has focused the attention of design engineers and scientists to the study of low cycle fatigue of materials. Low cycle fatigue fractures are connected with the infrequent working cycles of equipment or instruments which often result from start-up and shut down operations or interruptions of their function. Important subjects represent also high temperature low cycle fatigue, thermal and thermomechanical fatigue and multiaxial elastoplastic fatigue.

The research of low cycle fatigue started in IPM under the leadership of the deceased Prof. Mirko Klesnil in the sixties when two electrohydraulic testing machines were designed and assembled in the IPM using the components produced by INOVA company. Later two elecrohydraulic computer controlled machines were purchased (see experimental facilities).

The present activities of the group concentrate to the systematic study of the fatigue behaviour of the structural and advanced materials subjected to cyclic elastoplastic loading, mostly under push-pull conditions.

The main subjects pursued:


  • cyclic plastic straining the mechanisms, sources of the cyclic stress and relation to the internal structure. Analysis of the hysteresis loop using statistical theory in terms of the internal and effective stress, the relation of the macroscopic response to the internal dislocation structure.
  • fatigue damage mechanisms - the mechanisms of cyclic slip localisation, fatigue crack nucleation
  • interaction of low cycle fatigue with creep at elevated temperatures, structural changes and damage evolution in high temperature symmetric and asymmetric loading; nickel based superalloys
  • fatigue of composite materials - damage evolution, cracking and fatigue fracture of laminate composites (GLARE, ARALL)
  • effect of the coatings on the cyclic plasticity and fatigue life of advanced materials - effect of nitride and carbon layers and of the other coating procedures on the individual stages of fatigue process and on the fatigue life.
  • effect of depressed and elevated temperatures on the early fatigue damage - study of the surface relief evolution using high resolution techniques (AFM, FESEM, EBSD, FIB) in austenitic, ferritic and austenitic-ferritic duplex stainless steels
  • short crack growth kinetics in advanced steels - duplex, Eurofer, effect of mean stress
  • study of fatigue damage in TiAl intermetallics

The most important results in the last five years:


  • quantitative description of short crack growth regime and its use for the fatigue life prediction
  • experimental documentation of fatigue damage evolution in plastic strain amplitude controlled one-step and two-step loading
  • separation of the cyclic stress into internal and effective component using loop shape analysis
  • measurement of the effective stress and the distribution of the internal critical stresses in stainless austenitic, ferritic and duplex steels
  • application of the atomic force microscopy (AFM), high resolution scanning electron microscopy (FESEM) and focused ion beam (FIB) to the study of surface relief evolution and fatigue crack nucleation
  • quantitative data on the extrusion and intrusion formation in stainless steel at ambient, depressed and elevated temperatures
  • theoretical description of the temperature dependence of the extrusion growth in fatigued single and polycrystals

Vědečtí pracovníci


JménoTelefonMístnostE-mail
Mgr. Milan Heczko, Ph.D. +420 532 290 343116a [javascript protected email address]
Ing. Alice Chlupová, Ph.D. +420 532 290 344116b [javascript protected email address]
Ing. Ivo Kuběna, Ph.D. +420 532 290 417316 [javascript protected email address]
Ing. Jiří Man, Ph.D. +420 532 290 363110 [javascript protected email address]
doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc. +420 532 290 415208 [javascript protected email address]
prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. +420 532 290 366111 [javascript protected email address]
Ing. Ivo Šulák, Ph.D. +420 532 290 343116a [javascript protected email address]

Techničtí pracovníci


JménoTelefonMístnostE-mail
Mgr. Roman Chrastil, DiS. +420 532 290 341125 [javascript protected email address]
Robert Mádle +420 532 290 352105 [javascript protected email address]
Ing. Jiří Tobiáš +420 532 290 352105 [javascript protected email address]
Ing. Jan Vysloužil, CSc. +420 532 290 341125 [javascript protected email address]

Doktorandi


JménoTelefonMístnostE-mail
Ing. Tomáš Babinský +420 532 290 345116 [javascript protected email address]
Ing. Ladislav Poczklán +420 532 290 345116 [javascript protected email address]
Ing. Jakub Poloprudský +420 532 290 345116 [javascript protected email address]


ČísloNázevŘešitel
CK02000025 Pokročilé svařované konstrukce pro zvýšení bezpečnosti v letectvíprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
958192, H2020-NMBP-ST-IND-2020-singlestage, LC-SPIRE-08-2020 Tailoring ODS materials processing routes for additive manufacturing of high temperature devices for aggressive environments (topAM)prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
19-00408S Integrita a struktura materiálů v počátečních stádiích interakce s pulzujícím vodním paprskemprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.

VŠECHNY PROJEKTY


ČísloNázevŘešitel
18-03615S Popis šíření únavové trhliny v podmínkách velké plastické zóny na jejím čeleprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
TH02020482 Zvýšení užitných vlastností kompresorových kol pro pomocné energetické jednotky v leteckých aplikacíchdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
15-08826S Mechanismy poškození při víceosém cyklickém namáháníprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
15-20991S Plazmová depozice, strukturní a termomechanická stabilita environmentálních bariérdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
13-28685P Identifikace mechanismů únavového poškození u moderních ocelí vyvíjených pro fúzní a jaderné reaktoryIng. Ivo Kuběna, Ph.D.
13-23652S Materiály pro vysokoteplotní aplikace – mechanismy zpevnění a poškozeníprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
13-32665S Mechanismy únavového poškozování u ultrajemnozrnných nerezavějících ocelíIng. Jiří Man, Ph.D.
P204/11/1453 Analýza složek cyklického napětí moderních vysokoteplotně odolných konstrukčních materiálůprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
P107/11/2065 Ochranné difúzní povrchové vrstvy pro vysokoteplotní aplikaci u litých niklových superslitindoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
P107/11/0704 Optimalizace struktury a vlastnosti moderních vysokoteplotních litých materiálů legovaných uhlíkem pomocí komplexního tepelného zpracováníprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
P108/10/2371 Lokalizace a ireversibilita cyklického skluzu v polykrystalechIng. Jiří Man, Ph.D.
106/09/1954 Role oxidické disperze při únavovém chování ODS ocelíprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
106/08/1631 Mechanismus cyklické deformace a únavová životnost pokrokových vícefázových materiálů pro vysokoteplotní aplikaceIng. Martin Petrenec, Ph.D.
106/07/1507 Interakce nízkocyklové únavy a creepu u moderních vysokoteplotních konstrukčních materiálůdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
101/07/1500 Nové principy pro predikci životnosti strojních součástí zatěžovaných proměnnými silamiprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
106/06/1096 Úloha poruch krystalové mříže v počátečních stádiích únavového poškozování konstrukčních materiálůIng. Jiří Man, Ph.D.
106/05/P521 Dislokační struktura litých superslitin INCONEL cyklicky zatěžovaných při zvýšených teplotáchIng. Martin Petrenec, Ph.D.
AVOZ 2041904-I038 Únavové vlastnosti nanostrukturních kvazikrystalických materiálů na bázi hliníkuIng. Alice Chlupová, Ph.D.
106/03/1265 Vliv vybraných faktorů na únavové vlastnosti izotermicky zušlechtěné tvárné litiny (ADI)doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
106/02/D147 Vliv cyklického namáhání s proměnlivou amplitudou zatížení na únavové chování vlákno-kovových laminátůIng. Alice Chlupová, Ph.D.
106/02/0584 Odhad únavové životnosti a zbytkové únavové životnosti na základě kinetiky růstu krátkých únavových trhlinprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
IAA2041201 Mechanismy únavového poškozování přirozených kompozitůprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
C2041104 Vlastnosti a chování hybridních laminátů dural-C/epoxy při cyklickém zatěžováníIng. Alice Chlupová, Ph.D.
106/01/0376 Vliv asymetrie cyklu na růst krátkých únavových trhlin a únavovou životnost pokrokových konstrukčních materiálůdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
106/00/D055 Vliv nesymetrického cyklického zatěžování na počáteční stadia únavového poškozováni konstrukčních materiálůIng. Jiří Man, Ph.D.

VŠECHNY PROJEKTY

Axiálně torzní zkušební stroj MTS 809

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Servohydraulický axiálně torzní zkušební stroj MTS 809 umožňující provádět isotermní únavové zkoušky při nezávislém dvouosém namáhání při teplotách od 24°C až do 1400°C.

Servohydraulický zkušební stroj MTS 810 pro únavové zkoušky při teplotách od -196°C až do 350°C

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Zkušební stroj umožňující provádět isotermní únavové zkoušky při teplotě 24°C nebo s použitím kryostatu při záporných teplotách až -196°C nebo s použitím environmentální komory v rozsahu od -70°C až do 350°C.

Servohydraulický zkušební stroj MTS 810 pro únavové zkoušky při teplotách od 24°C až do 1000°C

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Zkušební stroj umožňující provádět isotermní únavové zkoušky při teplotách od 24°C až do 1000°C.

Servohydraulický zkušební stroj MTS 880 pro termo-mechanickou únavu

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Servohydraulický zkušební stroj umožňující provádět nezávislé mechanické a teplotní cyklické zatěžování v rozsahu teplot od 24°C do 1200°C.

Feritoskop Fischer FMP 30

Kontakt: Ing. Jiří Man, Ph.D.
Feritoskop Fischer FMP 30 je zařízení pro měření obsahu feritu v ocelích.

Mikroskopy s dlouhou ohniskovou vzdáleností

Kontakt:
Questar a Navitar jsou mikroskopy s dlouhou ohniskovou vzdáleností in- situ pozorování povrchu vzorku v průběhu zatěžování.


2021

Fintová S., Kuběna I., Jarý M., Luptáková N., Stratil L., Šiška F., Svoboda J.: Creep properties of heat-treated Fe-Al-O ODS alloy. Kovové materiály 59 (2021) 39-50

Pirzada T., Liu D., Ell J., Barnard H., Šulák I., Galano M., Marrow T., Ritchie R.: In situ observation of the deformation and fracture of an alumina-alumina ceramic-matrix composite at elevated temperature using x-ray computed tomography. J. Eur. Ceram. Soc. 41 (2021) 4217-4230

Tinoco Navarro H., Hutař P., Kruml T., Holzer J.: Modeling of elastoplastic behavior of freestanding square thin films under bulge testing. Acta Mechanica 1 (2021) 02978-7

Bertolla L., Šulák I., Buršík J., Dlouhý I., Smilek J., Mácová P., Holas J.: Exfoliation of hexagonal boron nitride nanosheets in low-modulus concentrated alkali silicate pastes. Mater. Lett. 292 (2021) 129551

Holzer J., Chlup Z., Kruml T., Gröger R.: Plastic deformation of magnetically isotropic Cr single crystals compressed at 77 K. Int. J. Plast. 138 (2021) 102938


Tinoco Navarro H., Holzer J., Pikálek T., Sobota J., Fořt T., Matějka M., Kruml T., Hutař P.: Determination of the yield stress in Al thin film by applying bulge test. Journal of Physics: Conference Series 1777 (2021) 012030

Švábenská E., Chlupová A., Foldyna J., Schneeweiss O.: Evolution of Microstructure of Silicon Steel After Pulsating Water Jet Treatment. Lecture Notes in Mechanical Engineering Advances (2021) 219-228

Heczko M., George E., Mazánová V., Ghazisaeidi M., Slone C., Polák J., Shih M., Mills M.: Role of deformation twinning in fatigue of CrCoNi medium-entropy alloy at room temperature. Scr. Mater. 202 (2021) 113985

Heczko M., Mazánová V., Gröger R., Záležák T., Hooshmand M., George E., Mills M., Dlouhý A.: Elemental segregation to lattice defects in the CrMnFeCoNi high-entropy alloy during high temperature exposures. Acta Mater. 208 (2021) 116719

Poloprudský J., Chlupová A., Kruml T., Hloch S., Hlaváček P., Foldyna J.: Effect of Standoff Distance on the Erosion of Various Materials. Lecture Notes in Mechanical Engineering Advances (2021) 164-171

Babinský T., Kuběna I., Šulák I., Kruml T., Tobiáš J., Polák J.: Surface relief evolution and fatigue crack initiation in René 41 superalloy cycled at room temperature. Mater. Sci. Eng. A 819 (2021) 141520

Fintová S., Kuběna I., Chlupová A., Jambor M., Šulák I., Chlup Z., Polák J.: Frequency-dependent fatigue damage in polycrystalline copper analyzed by FIB tomography. Acta Mater. 211 (2021) 116859

Čuha D., Nag A., Chlupová A., Hloch S.: Erosion of Titanium and Aluminium Alloys Using Pulsating Water Jet: Effect of Standoff Distance. Lecture Notes in Mechanical Engineering Advances (2021) 56-66

Říha Z., Zeleňák M., Kruml T., Poloprudský J.: Comparison of the disintegration abilities of modulated and continuous water jets. Wear 478-479 (2021) 203891



2020

Tinoco Navarro H., Hutař P., Merle B., Göken M., Kruml T.: Fracture Toughness Evaluation of a Cracked Au Thin Film by Applying a Finite Element Analysis and Bulge Test. Key Eng. Mater. 827 (2020) 196-202

Švábenská E., Pizúrová N., Roupcová P., Chlupová A., Brajer J., Foldyna J., Schneeweiss O.: Effect of shock wave on microstructure of silicon steel. Surfaces and Interfaces 20 (2020) 100415-100425

Polatidis E., Šmíd M., Kuběna I., Hsu W., Laplanche G., Van Swygenhoven H.: Deformation mechanisms in a superelastic NiTi alloy: An in-situ high resolution digital image correlation study. Mater. & Design 191 (2020) 108622

Fintová S., Kuběna I., Palán J., Mertová K., Duchek M., Hutař P., Pastorek F., Kunz L.: Influence of sandblasting and acid etching on fatigue properties of ultra-fine grained Ti grade 4 for dental implants. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 111 (2020) 104016

Chlupová A., Poczklán L., Man J., Mazánová V., Heczko M., Kruml T.: Character of Fatigue Damage under Axial, Torsional and Biaxial Loading of 316L Stainless Steel. Defect Diffus. Forum 405 (2020) 264-270

Mazánová V., Heczko M., Slone C., Kuběna I., Tobiáš J., George E., Kruml T., Polák J., Mills M.: SEM & STEM Multi-scale Characterization of Fatigue Damage in CrCoNi Medium-entropy Alloy with Fully Recrystallized Microstructure. Microscopy and Microanalysis 26 (Supp (2020) 2224

Polák J., Petráš R.: Cyclic plastic response and damage mechanisms in superaustenitic steel Sanicro 25 in high temperature cycling - Effect of tensile dwells and thermomechanical cycling. Theor. Appl. Fract. Mech. 108 (2020) 102641

Fintová S., Kuběna I., Luptáková N., Jarý M., Šmíd M., Stratil L., Šiška F., Svoboda J.: Development of advanced Fe-Al-O ODS alloy microstructure and properties due to heat treatment. J. Mater. Res. 35 (2020) 2789-2797

Hloch S., Srivastava M., Nag A., Müller M., Hromasová M., Svobodová J., Kruml T., Chlupová A.: Effect of pressure of pulsating water jet moving along stair trajectory on erosion depth, surface morphology and microhardness. Wear 452-453 (2020) 203278

Que Z., Heczko M., Kuběna I., Seifert H., Spätig P.: Microstructural characterization of the synergic effects of dynamic strain ageing and hydrogen on fracture behaviour of low-alloy RPV steels in hightemperature water environments. Mater. Character. 165 (2020) 110405

Polák J.: Production, annihilation and migration of point defects in cyclic straining. Materialia 14 (2020) 100938

Chlupová A., Heczko M., Obrtlík K., Dlouhý A., Kruml T.: Effect of heat-treatment on the microstructure and fatigue properties of lamellar gama-TiAl alloyed with Nb, Mo and/or C. Mater. Sci. Eng. A 786 (2020) 139427

Šulák I., Obrtlík K., Hutařová S., Juliš M., Podrábský T., Čelko L.: Low cycle fatigue and dwell-fatigue of diffusion coated superalloy Inconel 713LC at 800°C. Mater. Character. 169 (2020) 110599

Petráš R., Šulák I., Polák J.: The effect of dwell on thermomechanical fatigue in superaustenitic steel Sanicro 25. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2020 (2020) 1-16

Chlupová A., Šulák I., Svoboda J.: High Temperature Cyclic Plastic Response of New-Generation ODS Alloy. Metals 10 (2020) 804

Drábiková J., Fintová S., Ptáček P., Kuběna I., Březina M., Wasserbauer J., Doležal P., Pastorek F.: Structure and growth kinetic of unconventional fluoride conversion coating prepared on wrought AZ61 magnesium alloy. Surf. Coat. Technol. 399 (2020) 126101

Fintová S., Kuběna I., Trško L., Horník V., Kunz L.: Fatigue behavior of AW7075 aluminum alloy in ultra-high cycle fatigue region. Mater. Sci. Eng. A 774 (2020) 138922

Abdel-Mohnsen A., Abdel-Rahman R., Kuběna I., Kobera L., Spotz Z., Zboncak M., Prikryl R., Brus J., Jančar J.: Chitosan-glucan complex hollow fibers reinforced collagen wound dressing embedded with aloe vera. Part I: Preparation and characterization. Carbohydrate Polymers 230 (2020) 115708

Abdel-Mohnsen A., Frankova J., Abdel-Rahman R., Salem A., Sahffie N., Kuběna I., Jančar J.: Chitosan-glucan complex hollow fibers reinforced collagen wound dressing embedded with aloe vera. II. Multifunctional properties to promote cutaneous wound healing. Int. J. Pharmaceut. 582 (2020) 119349

Šulák I., Obrtlík K.: AFM, SEM AND TEM study of damage mechanisms in cyclically strained mar-M247 at room temperature and high temperatures. Theor. Appl. Fract. Mech. 108 (2020) 102606



2019

Fintová S., Drábiková J., Pastorek F., Tkacz J., Kuběna I., Trško L., Hadzima B., Minda J., Doležal P., Wasserbauer J., Ptáček P.: Improvement of electrochemical corrosion characteristics of AZ61 magnesium alloy with unconventional fluoride conversion coatings. Surf. Coat. Technol. 357 (2019) 638-650

Mazánová V., Heczko M., Škorík V., Chlupová A., Polák J., Kruml T.: Microstructure and martensitic transformation in 316L austenitic steel during multiaxial low cycle fatigue at room temperature. Mater. Sci. Eng. A 767 (2019) 138407

Gröger R., Chlup Z., Sojková T., Kuběna I.: Interplay of slip and twinning in niobium single crystals compressed at 77 K. J. Mater. Res. 34 (2019) 261-270

Sofinowski K., Šmíd M., Kuběna I., Vives S., Casati N., Godet S., Van Swygenhoven H.: In situ characterization of a high work hardening Ti-6Al-4V prepared by electron beam melting. Acta Mater. 179 (2019) 224-236

Vojtek T., Pokorný P., Kuběna I., Náhlík L., Fajkoš R., Hutař P.: Quantitative dependence of oxide-induced crack closure on air humidity for railway axle steel. Int. J. Fatigue 123 (2019) 213-224

Polák J.: Initiation and Early Growth of Fatigue Cracks. TMS 2019 Supplemental Proceedings 0 (2019) 1125-1135

Polák J., Petráš R.: Cyclic plastic response and damage in superaustenitic steel in high temperature cycling with dwells and in thermomechanical cycling. Procedia Struct. Integr. 23 (2019) 275-280

Husák R., Hadraba H., Chlup Z., Heczko M., Kruml T., Puchý V.: ODS EUROFER Steel Strengthened by Y-(Ce, Hf, La, Sc, and Zr) Complex Oxides. Metals 9 (2019) 1148

Halasová M., Kuběna I., Roupcová P., Černý M., Strachota A., Chlup Z.: Iron precipitation in basalt fibres embedded in partially pyrolysed methylsiloxane matrix. Composites Part A 123 (2019) 286-292

Chlup Z., Fintová S., Hadraba H., Kuběna I., Vilémová M., Matějíček J.: Fatigue Behaviour and Crack Initiation in CoCrFeNiMn High-Entropy Alloy Processed by Powder Metallurgy. Metals 9 (2019) 1-12

Kuběna M., Eliáš M., Zajíčková L., Poduška J., Kruml T.: On the Tensile Tests of Polyurethane and Its Composites with Carbon Nanotubes. Adv. Mater. Sci. Eng. 2019 (2019) 6598452

Šulák I., Obrtlík K., Hrbáček K.: Effect of casting conditions and heat treatment on high temperature low cycle fatigue performance of nickel superalloy Inconel 713LC. METAL 2019 Conf. Proc. 1 (2019) 1351-1356

Heczko M., Esser B., Gröger R., Feng L., Mazánová V., Wang Y., Mills M.: Structure, Morphology and Coarsening Behavior of MX (NbC) Nanoprecipitates in Fe-Ni-Cr Based Alloys. Microscopy and Microanalysis 25 (2019) 2612-2613


Šulák I., Man J., Obrtlík K.: Mechanisms of fatigue crack initiation and early propagation in cyclically strained nickel superalloy. Procedia Struct. Integr. 23 (2019) 161-166

Tinoco Navarro H., Holzer J., Pikálek T., Buchta Z., Lazar J., Chlupová A., Kruml T., Hutař P.: Determination of elastic parameters of Si3N4 thin films by means of a numerical approach and bulge tests. Thin Solid Films 672 (2019) 66-74


všechny publikace