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. +420 532 290 343 116a heczko@ipm.cz
Ing. Alice Chlupová, Ph.D. +420 532 290 344 116b chlupova@ipm.cz
Ing. Ivo Kuběna, Ph.D. +420 532 290 343 116a kubena@ipm.cz
Ing. Jiří Man, Ph.D. +420 532 290 363 110 man@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
Ing. Ivo Šulák, Ph.D. +420 532 290 343 116a sulak@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. Ladislav Poczklán +420 532 290 345 116 poczklan@ipm.cz
Ing. Jakub Poloprudský +420 532 290 344 116b poloprudsky@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.

VŠECHNY PROJEKTY

ČísloNázevŘešitel
TH02020482 Zvýšení užitných vlastností kompresorových kol pro pomocné energetické jednotky v leteckých aplikacích doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
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. 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

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



2020

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

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

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

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

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

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

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

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

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



2019

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

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

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

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., Kuběnová 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

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

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., 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



2018

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


všechny publikace