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

Skupina nízkocyklové únavy

VedoucíIng. Jiří Man, Ph.D.
E-mail [javascript protected email address]
Telefon+420 532 290 363
Místnost110
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. +420 532 290 343 116a heczko@ipm.cz
Ing. Alice Chlupová, Ph.D. +420 532 290 344 116b chlupova@ipm.cz
prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. +420 532 290 379 112 kruml@ipm.cz
Ing. Ivo Kuběna, Ph.D. +420 532 290 343 116a kubena@ipm.cz
doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc. +420 532 290 415 208 obrtlik@ipm.cz
prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. +420 532 290 366 111 polak@ipm.cz

Techničtí pracovníci


JménoTelefonMístnostE-mail
Mgr. Roman Chrastil, DiS. +420 532 290 341 125 chrastil@ipm.cz
Robert Mádle +420 532 290 352 105 madle@ipm.cz
Ing. Jiří Tobiáš +420 532 290 352 105 tobias@ipm.cz
Ing. Jan Vysloužil, CSc. +420 532 290 341 125 vyslouzi@ipm.cz

Doktorandi


JménoTelefonMístnostE-mail
Ing. Tomáš Babinský +420 532 290 345 116 babinsky@ipm.cz
Ing. Veronika Mazánová +420 532 290 345 116 mazanova@ipm.cz
Mgr. Roman Petráš +420 532 290 345 116 petras@ipm.cz
Ing. Ladislav Poczklán +420 532 290 345 116 poczklan@ipm.cz
Ing. Ivo Šulák +420 532 290 345 116 sulak@ipm.cz

ČísloNázevŘešitel
19-00408S Integrita a struktura materiálů v počátečních stádiích interakce s pulzujícím vodním paprskem prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
18-03615S Popis šíření únavové trhliny v podmínkách velké plastické zóny na jejím čele prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
TH02020482 Zvýšení užitných vlastností kompresorových kol pro pomocné energetické jednotky v leteckých aplikacích doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.

VŠECHNY PROJEKTY

ČísloNázevŘešitel
15-08826S Mechanismy poškození při víceosém cyklickém namáhání prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
15-20991S Plazmová depozice, strukturní a termomechanická stabilita environmentálních bariér doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
13-28685P Identifikace mechanismů únavového poškození u moderních ocelí vyvíjených pro fúzní a jaderné reaktory Ing. Ivo Kuběna, Ph.D.
13-23652S Materiály pro vysokoteplotní aplikace – mechanismy zpevnění a poškození prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
13-32665S Mechanismy únavového poškozování u ultrajemnozrnných nerezavějících ocelí Ing. Jiří Man, Ph.D.
P204/11/1453 Analýza složek cyklického napětí moderních vysokoteplotně odolných konstrukčních materiálů prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
P107/11/2065 Ochranné difúzní povrchové vrstvy pro vysokoteplotní aplikaci u litých niklových superslitin doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
P107/11/0704 Optimalizace struktury a vlastnosti moderních vysokoteplotních litých materiálů legovaných uhlíkem pomocí komplexního tepelného zpracování prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
P108/10/2371 Lokalizace a ireversibilita cyklického skluzu v polykrystalech Ing. Jiří Man, Ph.D.
106/09/1954 Role oxidické disperze při únavovém chování ODS ocelí prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
106/08/1631 Mechanismus cyklické deformace a únavová životnost pokrokových vícefázových materiálů pro vysokoteplotní aplikace Ing. Martin Petrenec, Ph.D.
106/07/1507 Interakce nízkocyklové únavy a creepu u moderních vysokoteplotních konstrukčních materiálů doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
101/07/1500 Nové principy pro predikci životnosti strojních součástí zatěžovaných proměnnými silami prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
106/06/1096 Úloha poruch krystalové mříže v počátečních stádiích únavového poškozování konstrukčních materiálů Ing. Jiří Man, Ph.D.
106/05/P521 Dislokační struktura litých superslitin INCONEL cyklicky zatěžovaných při zvýšených teplotách Ing. Martin Petrenec, Ph.D.
AVOZ 2041904-I038 Únavové vlastnosti nanostrukturních kvazikrystalických materiálů na bázi hliníku Ing. 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 laminátů Ing. Alice Chlupová, Ph.D.
106/02/0584 Odhad únavové životnosti a zbytkové únavové životnosti na základě kinetiky růstu krátkých únavových trhlin prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
IAA2041201 Mechanismy únavového poškozování přirozených kompozitů prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
C2041104 Vlastnosti a chování hybridních laminátů dural-C/epoxy při cyklickém zatěžování Ing. Alice Chlupová, Ph.D.
106/01/0376 Vliv asymetrie cyklu na růst krátkých únavových trhlin a únavovou životnost pokrokových konstrukčních materiálů doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
106/00/D055 Vliv nesymetrického cyklického zatěžování na počáteční stadia únavového poškozováni konstrukčních materiálů Ing. Jiří Man, Ph.D.

VŠECHNY PROJEKTY

Axiálně torzní zkušební stroj MTS 809

Kontakt: Ing. Jiří Man, 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. Jiří Man, 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. Jiří Man, 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. Jiří Man, 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.


2019

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

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

Kuběna M., Eliáš M., Zajíčková L., Poduška J., Kruml T.: On the strengthening of polyurethane matrix by carbon nanotubes. Adv. Mater. Sci. Eng. 2019 (2019) 6598452

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

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



2018

Petráš R., Polák J.: Damage mechanism in austenitic steel during high temperature cyclic loading with dwells. Int. J. Fatigue 113 (2018) 335-344

Polák J., Mazánová V., Petráš R., Heczko M.: Early damage and fatigue crack initiation at ambient and elevated temperatures in heat resistant austenitic steel. MATEC Web Conf. 165 (2018) 04008

Šulák I., Obrtlík K., Čelko L., Jech D., Gejdoš P.: High-Temperature Low Cycle Fatigue Resistance of Inconel 713LC Coated with Novel Thermal Barrier Coating. Proceedings of the 17th International Conference on New Trends in Fatigue and Fracture 1 (2018) 49-56

Man J., Järvenpää A., Jaskari M., Kuběna I., Fintová S., Chlupová A., Karjalainen L., Polák J.: Cyclic deformation behaviour and stability of grain-refined 301LN austenitic stainless structure. MATEC Web Conf. 165 (2018) 06005

Gröger R., Chlup Z., Kuběna I., Kruml T.: Slip activity in molybdenum single crystals compressed at 77 K. Philos. Mag. 98 (2018) 2749-2768

Šiška F., Stratil L., Hadraba H., Fintová S., Kuběna I., Horník V., Husák R., Bártková D., Záležák T.: Strengthening mechanisms of different oxide particles in 9Cr ODS steel at high temperatures. Mater. Sci. Eng. A 732 (2018) 112-119

Mazánová V., Heczko M., Polák J.: Fatigue crack initiation and growth in 43Fe-25Ni-22.5Cr austenitic steel at a temperature of 700°C. Int. J. Fatigue 114 (2018) 11-21

Spätig P., Heczko M., Kruml T., Seifert H.: Influence of mean stress and light water reactor environment on fatigue life and dislocation microstructures of 316L austenitic steel. J. Nucl. Mater. 509 (2018) 15-28

Heczko M., Esser B., Smith T., Beran P., Mazánová V., McComb D., Kruml T., Polák J., Mills M.: Atomic resolution characterization of strengthening nanoparticles in a new high-temperature-capable 43Fe-25Ni-22.5Cr austenitic stainless steel. Mater. Sci. Eng. A 719 (2018) 49-60

Šulák I., Obrtlík K., Čelko L., Chráska T., Jech D., Gejdoš P.: Low cycle fatigue performance of Ni-based superalloy coated with complex thermal barrier coating. Mater. Character. 139 (2018) 347-354

Němcová A., Li Y., Kuběna I., Vickridge I., Ganem J., Yerokhin A., Habazaki H., Skeldon P.: Anodic film growth and silver enrichment during anodizing of an Mg- 0.6 at.% Ag alloy in fluoride-containing organic electrolytes. Electrochim. Acta 280 (2018) 300-307

Wärner H., Calmunger M., Chai G., Polák J., Petráš R., Heczko M., Kruml T., Johansson S., Moverare J.: Fracture and Damage Behavior in an Advanced Heat Resistant Austenitic Stainless Steel During LCF, TMF and CF. Procedia Struct. Integr. 13 (2018) 843-848

Chlup Z., Bača L., Hadraba H., Kuběna I., Roupcová P., Kováčová Z.: Low-temperature consolidation of high-strength TiB2 ceramic composites via grain-boundary engineering using Ni-W alloy. Mater. Sci. Eng. A 738 (2018) 194-202

Mazánová V., Polák J.: Initiation and growth of short fatigue cracks in austenitic Sanicro 25 steel. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 41 (2018) 1529-1545

Šulák I., Obrtlík K., Čelko L., Gejdoš P., Jech D.: High-Temperature Low-Cycle Fatigue Behaviour of MAR-M247 Coated with Newly Developed Thermal and Environmental Barrier Coating. Adv. Mater. Sci. Eng. 2018 (2018) 9014975



2017

Man J., Smaga M., Kuběna I., Eifler D., Polák J.: Effect of metallurgical variables on the austenite stability in fatigued AISI 304 type steels. Eng. Fract. Mech. 185 (2017) 139-159

Heczko M., Polák J., Kruml T.: Microstructure and dislocation arrangements in Sanicro 25 steel fatigued at ambient and elevated temperatures. Mater. Sci. Eng. A 680 (2017) 168-181

Čelko L., Jech D., Komarov P., Remešová M., Dvořák K., Šulák I., Smetana B., Obrtlík K.: Failure Mechanism of Yttria Stabilized Zirconia Atmospheric Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings Subjected to Calcia-Magnesia-Alumino-Silicate Environmental Attack. Solid State Phenom. 270 (2017) 39-44

Smaga M., Skorupski R., Mayer P., Kirsch B., Aurich J., Raid I., Seewig J., Man J., Eifler D., Beck T.: Influence of surface morphology on fatigue behavior of metastable austenitic stainless steel AISI 347 at ambient temperature and 300°C. Procedia Struct. Integr. 5 (2017) 989-996

Polák J., Mazánová V., Heczko M., Kuběna I., Man J.: Profiles of persistent slip markings and internal structure of underlying persistent slip bands. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 40 (2017) 1101-1116

Buršík J., Kuběna I., Buršíková V., Souček P., Zábranský L., Mirzaei S., Vašina P.: W-B-C Nanostructured Layers - Microstructure and Mechanical Properties. Solid State Phenom. 258 (2017) 416-419

Polák J., Mazánová V., Heczko M., Petráš R., Kuběna I., Casalena L., Man J.: The role of extrusions and intrusions in fatigue crack initiation. Eng. Fract. Mech. 185 (2017) 46-60

Čelko L., Jech D., Dvořák J., Šulák I., Klakurková L., Obrtlík K.: Durability of Amorphous and Crystalline BMAS Thermal Barrier Coatings Produced by Plasma Spraying. Solid State Phenom. 258 (2017) 383-386

Mazánová V., Polák J., Škorík V., Kruml T.: Multiaxial elastoplastic cyclic loading of austenitic 316L steel. Frattura ed Integrita Strutturale 11 (2017) 162-169

Heczko M., Esser B., Smith T., Beran P., Mazánová V., Kruml T., Polák J., Mills M.: On the origin of extraordinary cyclic strengthening of the austenitic stainless steel Sanicro 25 during fatigue at 700 C. J. Mater. Res. 32 (2017) 4342-4353

Fintová S., Arzaghi M., Kuběna I., Kunz L., Sarazin-Baudoux C.: Fatigue crack propagation in UFG Ti grade 4 processed by severe plastic deformation. Int. J. Fatigue 98 (2017) 187-194

Mazánová V., Škorík V., Kruml T., Polák J.: Cyclic response and early damage evolution in multiaxial cyclic loading of 316L austenitic steel. Int. J. Fatigue 100 (2017) 466-476

Mazánová V., Škorík V., Kruml T., Polák J.: Cyclic response and early damage evolution in multiaxial cyclic loading of 316L austenitic steel. Int. J. Fatigue 100 (2017) 466-476

Järvenpää A., Jaskari M., Man J., Karjalainen L.: Austenite stability in reversion-treated structures of a 301LN steel under tensile loading. Mater. Character. 127 (2017) 12-26

Šulák I., Obrtlík K., Čelko L., Gejdoš P.: Degradation of YSZ/EUCOR TBC Coating System during High Temperature Low Cycle Fatigue Tests. Solid State Phenom. 258 (2017) 420-423

Hojna A., Gabriele F., Hadraba H., Husák R., Kuběna I., Rozumová L., Bublíková P., Kalivodová J., Matějíček J.: Fracture behaviour of the 14Cr ODS steel exposed to helium and liquid lead. J. Nucl. Mater. 490 (2017) 143-154

Obrtlík K., Čelko L., Chráska T., Šulák I., Gejdoš P.: Effect of alumina-silica-zirconia eutectic ceramic thermal barrier coating on the low cycle fatigue behaviour of cast polycrystalline nickel-based superalloy at 900 C. Surf. Coat. Technol. 318 (2017) 374-381

Hutař P., Poduška J., Šmíd M., Kuběna I., Chlupová A., Náhlík L., Polák J., Kruml T.: Short fatigue crack behaviour under low cycle fatigue regime. Int. J. Fatigue 103 (2017) 207-215

Chlupová A., Heczko M., Obrtlík K., Beran P., Kruml T.: Effect of Alloying and Thermal Processing on Mechanical Properties of TiAl Alloys. Solid State Phenom. 258 (2017) 501-505

Moravčík I., Čížek J., Kováčová Z., Nejezchlebová J., Kitzmantel E., Neubauer E., Kuběna I., Horník V., Dlouhý I.: Mechanical and Microstructural Characterization of Powder Metallurgy CoCrNi Medium Entropy Alloy. Mater. Sci. Eng. A 701 (2017) 370-380

Šiška F., Stratil L., Hadraba H., Fintová S., Kuběna I., Záležák T., Bártková D.: High temperature deformation mechanisms in the 14% Cr ODS alloy. Mater. Sci. Eng. A 689 (2017) 34-39

Heczko M., Spätig P., Seifert H., Kruml T.: Correlation between Dislocation Structures and Mechanical Fatigue Response of 316L Austenitic Steel Loaded with and without Mean Stress at High Temperature in Air and Water Environment. Solid State Phenom. 258 (2017) 534-537

Järvenpää A., Jaskari M., Man J., Karjalainen L.: Stability of grain-refined reversed structures in a 301LN austenitic stainless steel under cyclic loading. Mater. Sci. Eng. A 703 (2017) 280-292

Šulák I., Obrtlík K., Hrbáček K.: Low cycle fatigue behaviour and fatigue crack initiation in MAR-M247 at 700 °c. METAL 2017 Conf. Proc - (2017) 1580-1586

Šulák I., Obrtlík K.: Fatigue Crack Initiation in Nickel-Based Superalloy MAR-M247 at High Temperature. Key Eng. Mater. 754 (2017) 27-30

Mazánová V., Heczko M., Kuběna I., Polák J.: Surface Relief Formation in Relation to the Underlying Dislocation Arrangement. Solid State Phenom. 258 (2017) 526-529

Šulák I., Obrtlík K.: Effect of tensile dwell on high-temperature low-cycle fatigue and fracture behaviour of cast superalloy MAR-M247. Eng. Fract. Mech. 185 (2017) 92-100


všechny publikace