Institute of Fundamental Technological Research

This paper evaluates the efficacy of a patented grip for high-temperature fatigue testing by establishing the S-N curve for full-scale nickel-based turbine blades under simulated environmental conditions. Initially, a bending test assessed the stress-displacement characteristics of the component. This was followed by a series of fatigue tests at 950°C, using cyclic bending with force amplitudes from 5.2 kN to 6.6 kN and a constant frequency of 10 Hz. The setup, integrating the grip into a standard testing machine,
proved effective for high-temperature tests and successfully determined the service life of full-scale components.

fatigue,high temperature,turbine blade,full-scale fatigue test

The fatigue response and high-temperature corrosion resistance of Inconel 740 nickel alloy in its as-received state, and the same material with aluminized surface layer, were investigated. The aluminized layer was applied by using the chemical vapor deposition process with the participation of AlCl3 vapors under a hydrogen protective atmosphere at a temperature of 1040°C for 8 h and internal pressure of 150 hPa. The microstructure of the aluminized layer was characterized through scanning electron microscopy and x-ray energy dispersive spectroscopy analysis. It was found that Inconel 740 with an aluminized surface exhibited an improved hardness and fatigue response of 100 MPa in the whole range of stress amplitudes from 350 MPa to 650 MPa. Additionally, the application of the aluminization process enhanced service life as well as the corrosion resistance of the alloy in question and effectively protected it against high-temperature corrosion.

In this paper, three different directions of 0°, 45° and 90° were used to manufacture the Haynes 282 alloy bars by using the Direct Metal Laser Sintering (DMLS) method. The additively manufactured specimens as well as these of the wrought Haynes 282 were subsequently subjected to comparative fatigue tests in the range of stress amplitude from ±400 MPa to ±800 MPa. The AM process enhanced the fatigue response of the nickel-based alloy in question by 200 MPa. Furthermore, it was found, that the printing direction does not affect the fatigue response of additively manufactured specimens significantly as minor differences in service life were observed for the entire stress amplitude range adopted. Finally, fatigue damage measure φ and fatigue damage parameter D approaches were used to reveal the dynamics of damage development and to monitor damage development due to fatigue.

Haynes 282, nickel alloys, fatigue, additive manufacturing, Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

With the rising demands of industry to increase the working temperature of gas turbine blades and internal combustion engines, thermal barrier coatings (TBC) were found to be an effective way to further enhance the lifetime of aero components through the improvement of mechanical properties and oxidation-resistance. Thus, this paper aims to review coating technologies with special emphasis on plasma-sprayed thermal barrier coatings (PS), and those produced by physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) methods. Each technology was assessed in terms of its effectiveness to enhance the mechanical response and oxidation resistance of nickel-based parts working at high temperature. The effect of coating technology on mechanical strength, hardness, fatigue and creep of nickel alloys was discussed to reveal the potential candidates for future applications in aggressive environments

high temperature corrosion, fatigue, creep, aggressive environment, turbine blade

Celem pracy było zbadanie możliwości zastosowania metody prądów wirowych, techniki pomiaru amplitudy napięcia i częstotliwości rezonansowej, do nieniszczącej oceny grubości przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza w stali 42CrMo4 po azotowaniu gazowym. Zakres pracy obejmował wykonanie próbek badawczych, rozkłady twardości metodą Vickers’a oraz pomiary grubości warstw azotków na zgładach poprzecznych, badania warstw azotków metodą prądów wirowych, analizę korelacji wyników badań niszczących z nieniszczącymi. Główną aparaturę badawczą stanowił Wirotest M2 z zestawem głowic pomiarowych. Na podstawie wyników pomiarów wytypowano głowicę 100 kHz jako optymalną do oszacowania grubości warstwy azotkow. Umożliwia ona także sortowanie próbek wg grubości strefy dyfuzyjnej na dwie grupy. Do oceny grubości warstwy azotków najdokładniejsza jest analiza amplitudy napięcia. W przypadku sortowania próbek pod względem grubości strefy dyfuzyjnej znajduje zastosowanie analiza amplitudowo-częstotliwościowa. Wirotest M2 może znaleźć zastosowanie w kontroli jakości stalowych części po azotowaniu do wykrywania przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza oraz pomiaru jej grubości. Obszarem zastosowania może być przemysł narzędziowy, motoryzacyjny, lotniczy. Badania nieniszczące metodą prądów wirowych pozwalają na kontrolę wszystkich produkowanych części i mogą być uzupełnieniem dla badań niszczących, które są wykonywane dla wybranych elementów z danej partii produkcyjnej.

prądy wirowe, ocena grubości, warstwy azotowane, Wirotest

The paper presents a comparison of microhardness, fatigue and high temperature corrosion of Inconel 740H nickel alloy in its as-received state and the same material with nitrided surface layers. The nitrided layers were produced using traditional glow discharge nitriding (specimens nitriding on the cathode potential) and an active screen (specimens nitriding at the plasma potential). A microstructure of the layers was characterized through the scanning electron microscopy, X-ray energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction analysis. Mechanical properties of the nitrided Inconel 740H alloy were examined using microhardness measurements and standard fatigue tests. It was found that Inconel 740H with a nitrided surface exhibited an improved fatigue response of 50 MPa in the whole range of stress amplitudes from 350 to 650 MPa and almost 325% increase of hardness for plasma modified surface and 250% for cathode modified surface. Additionally, the application of cathode nitriding enhanced the corrosion resistance of the alloy in question and effectively protected it against a high temperature oxidation.

nitriding, nickel alloys, coatings, fatigue, corrosion

This work presents an attempt to identify local
changes in materials caused by local grinding burnings
by using the eddy current (EC) method. The locally heattreated AISI 9310 steel specimen was prepared by using a
laser surfacing process to imitate three different grinding burns. These burn marks were characterized in terms of changes in microstructure and hardness on the surface and cross-section of the specimen. On such a basis, the depth of the heat-affected zone caused by the grinding tool was examined. Subsequently, the specimen was subjected to the EC measurements for the quantitative description of the signal from each of the defects by using a commercial NORTEC 600D flaw detector working in specimen Q5 scanning mode and with a pencil probe. The changes in the amplitude and the phase angle of the signal from three defects indicate the possibility to identify burns along with their quantitative description and subsequent estimation of their depth. The differences in the phase angle value, related to the local changes in the stress state, serve as an effective indicator of the specimen overheating degree in the area of the EC induction

eddy current,non-destructive testing,hardness,heat-treatment

In this paper, fatigue performance of an aluminide layer coated, coarse-grained MAR247 nickel superalloy was monitored by using the full-field Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) method in the range of stress amplitude from 350MPa to 650MPa. It was found, that the ESPI method enables precise monitoring of the fatigue behaviour of coated MAR247 specimens since the area of potential failure was accurately indicated within the initial stage of fatigue damage development.

fatigue development, damage, nickel alloys, electronic speckle pattern interferometry

In this paper, a novel method for high temperature fatigue strength assessment of nickel superalloy turbine blades after operation at different times (303 and 473 h) was presented. The studies included destructive testing (fatigue testing at temperature 950 °C under cyclic bending load), non-destructive testing (Fluorescent Penetrant Inspection and Eddy Current method), and finite element modelling. High temperature fatigue tests were performed within load range from 5200 to 6600 N using a special self-designed blade grip attached to the conventional testing machine. The experimental results were compared with the finite element model generated from the ANSYS software. It was found that failure of turbine blades occurred in the area with the highest stress concertation, which was accurately predicted by the finite element (FE) model.

nickel superalloys, high temperature fatigue, finite element (FE) modelling, eddy current

In this paper, the fatigue performance of the aluminide layer-coated and as-received MAR 247 nickel superalloy with three different initial microstructures (fine grain, coarse grain and column-structured grain) was monitored using nondestructive, eddy current methods. The aluminide layers of 20 and 40 µm were obtained through the chemical vapor deposition (CVD) process in the hydrogen protective atmosphere for 8 and 12 h at the temperature of 1040 °C and internal pressure of 150 mbar. A microstructure of MAR 247 nickel superalloy and the coating were characterized using light optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS). It was found that fatigue performance was mainly driven by the initial microstructure of MAR 247 nickel superalloy and the thickness of the aluminide layer. Furthermore, the elaborated methodology allowed in situ eddy current measurements that enabled us to localize the area with potential crack initiation and its propagation during 60,000 loading cycles.

chemical vapor deposition, nickel alloys, aluminide coatings, fatigue, eddy current

The aim of this research was to compare the effect of 80 000 h exploitation time in high temperature on mechanical properties and microstructure of X10CrMoVNb9-1 (P91) power engineering steel for pipes. The specimens obtained from two pipes: new, as-received and after exploitation were subjected to fatigue loadings to compare their mechanical responses. Additionally, the uniaxial tensile tests on both types of P91 steel were performed. The microstructure evolution before and after deformation was monitored using optical and scanning electron microscopy. The time intensive, high temperature exposure of P91 power engineering steel led to significant phase transformation and subsequent deterioration of mechanical properties and was further described as a function of the fatigue damage measure, φ, and the fatigue damage parameter D. Further proposed methodology of power exponent approximation of the fatigue damage measure, φ, and fatigue damage parameter D, allowed to successfully determine the fatigue life of P91 steel.

fatigue development, damage, P91 steel, microstructure

The aim of this research was to compare the effectiveness of two different optical measurement techniques (digital image correlation—DIC and electronic speckle pattern interferometry—ESPI) during fatigue damage development monitoring in X10CrMoVNb9-1 (P91) power engineering steel for pipes. The specimens machined from the as-received pipe were subjected to fatigue loadings and monitored simultaneously using DIC and ESPI techniques. It was found that DIC technique, although characterised by lower resolution, was more effective than ESPI. DIC allows to monitor the fatigue behaviour of steel specimens and accurately indicate the area of potential failure even within the initial stage of fatigue damage development.

fatigue development, damage, P91 steel, digital image correlation (DIC), electronic speckle pattern interferometry (ESPI)

In this paper, mechanical properties of the as-received and aluminide layer coated MAR 247 nickel based superalloy were examined through creep and fatigue tests. The aluminide layer of 20 µm was obtained through the chemical vapor deposition (CVD) process in the hydrogen protective atmosphere for 8 h at the temperature of 1040 °C and internal pressure of 150 mbar. A microstructure of the layer was characterized using the scanning electron microscopy (SEM) and X-ray Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). It was found that aluminide coating improve the high temperature fatigue performance of MAR247 nickel based superalloy at 900 °C significantly. The coated MAR 247 nickel based superalloy was characterized by the stress amplitude response ranging from 350 MPa to 520 MPa, which is twice as large as that for the uncoated alloy.

chemical vapor deposition, nickel alloys, aluminide coatings, high temperature fatigue, creep

Rozwój uszkodzeń wskutek obciążeń eksploatacyjnych w materiałach stosowanych w energetyce lub przemyśle motoryzacyjnym badany jest przy użyciu metod niszczących i nieniszczących. Wśród technik o charakterze niszczącym można wymienić testy zmęczeniowe lub próby pełzania, a nieniszczących metody ultradźwiękowe, magnetyczne, a ostatnio coraz częściej wykorzystywane nowatorskie techniki optyczne. W artykule przedstawiono zastosowanie technik optycznych, takich jak: cyfrowa korelacja obrazu (DIC) i elektroniczna interferometria plamkowa (ESPI) do monitorowania uszkodzeń zmęczeniowych z uwagi na ich dużą przydatność w skutecznej identyfikacji miejsc inicjacji uszkodzenia i jego rozwoju.

In this paper, aluminide coatings of various thicknesses and microstructural uniformity obtained using chemical vapor deposition (CVD) were studied in detail. The optimized CVD process parameters of 1040 °C for 12 h in a protective hydrogen atmosphere enabled the production of high density and porosity-free aluminide coatings. These coatings were characterized by beneficial mechanical features including thermal stability, wear resistance and good adhesion strength to MAR 247 nickel superalloy substrate. The microstructure of the coating was characterized through scanning electron microscopy (SEM), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Mechanical properties and wear resistance of aluminide coatings were examined using microhardness, scratch test and standardized wear tests, respectively. Intermetallic phases from the Ni-Al system at specific thicknesses (20-30 µm), and the chemical and phase composition were successfully evaluated at optimized CVD process parameters. The optimization of the CVD process was verified to offer high performance coating properties including improved heat, adhesion and abrasion resistance.

chemical vapor deposition, nickel alloys, coatings, X-ray analysis

In 2019, the first basalt fiber production line was created in Poland. The fiber is produced in a continuous process, according to the technology developed by Polski Bazalt S.A. In order to assess the microstructure of the manufactured product, a number of tests were carried out, according to previously developed procedures. The presented results relate to the study of the basalt fiber microstructure using light microscopy, electron microscopy and atomic forces. The research was aimed at characterizing the fibers, but also developing research procedures that allow assessment of the basic fiber parameters under post-production conditions. The research was conducted in the field of quantitative and qualitative assessment of the basalt fiber microstructure, its diameter, and the size distribution of this value. In addition, attempts were made to assess the thickness of the sizing (as an impregnation layer) on the fibers obtained employing different parameters of the drawing process and various types of impregnation. Based on the obtained results, measurement and research procedures were implemented in the quality control system of the Polski Bazalt company. Tests carried out as part of these procedures confirm the repeatability in terms of the quality and diameter of the produced fiber.

basalt fiber, microstructure, SEM, sizing thickness

Praca dotyczy oceny możliwości identyfikacji zmian twardości warstw nawęglanych i hartowanych indukcyjnie z wykorzystaniem metody prądów wirowych. Badania przeprowadzono na trzech zestawach próbek ze stali AMS 6414 o różnej grubości warstwy, poddanych hartowaniu indukcyjnemu oraz odpuszczaniu w szerokim zakresie temperatury, w celu uzyskania różnic w twardości warstwy dla każdego zestawu. Próbki każdego zestawu, z warstwami o twardości w zakresie 760-920 HV, poddano badaniom z zastosowaniem prądów wirowych, polegających na ocenie zmian kąta fazowego uzyskanego w efekcie oddalenia (lift - off). Przeprowadzono także standardowe pomiary twardości na powierzchniach warstw hartowanych oraz wykonano profile mikrotwardości na przekrojach próbek. Wyniki pomiarów twardości poddano analizie porównawczej z wynikami badań nieniszczących i na tej podstawie stwierdzono możliwość identyfikacji zmian twardości warstw.

nawęglanie i hartowanie indukcyjne, prądy wirowe, nieniszcząca ocena zmian twardości

The article presents results of the investigation of the quantitative evaluation of the degree of damage, described by the measure of accumulated plastic strain obtained in a static tensile test, using selected non-destructive techniques. Inconel 718 alloy was tested. The tests were conducted using a new type of specimens of variable cross-sectional area of measuring part. This provided a continuous distribution of plastic strain in the gage part of the specimen. The permanent deformation that varies along the sample axis enables an analysis of damage induced by a plastic deformation. The proposed method enables replacing the series of specimens by one sample. Degradation of the alloy corresponds with the changes of the electromagnetic properties of the material—the phase angle of the complex impedance of the eddy current, as well as with acoustics properties of material—acoustic birefringence of ultrasonic waves. It allows to determine the degree of damage of the material using noninvasive, non-destructive methods. Using the damage parameter proposed by Johnson it is possible to obtain the correlation between the non-destructive results and a damage degree of the material. The presented testing method delivers information about changes in the material structure caused by permanent deformation.

nondestructive testing, damage parameter, phase angle of eddy current, acoustic birefringence

Dokonano oceny charakterystyk impedancyjnych pochodzących od różnych wad w materiale rury austenitycznej. Wskazania te otrzymano podczas badania rury ze stali 316 sondą wewnętrzną z wykorzystaniem aparatu MultiScan 5800. Zastosowano klasyczną metodę prądów wirowych ECT, badając zarówno rurę ze sztucznymi wadami symulującymi najczęściej spotykane uszkodzenia wkładów rurowych wymienników ciepła, jak również rury referencyjne, z i wadami standardowymi. Wytworzone sztucznie niestandardowe wady miały na celu odwzorowanie spotykanych w diagnostyce przemysłowej kombinacji pęknięć, wżerów lub innych ubytków powstałych w wyniku oddziaływań mechanicznych oraz działania agresywnych czynników chemicznych. Badania polegały na skanowaniu rury ze stałą prędkością, przy użyciu sondy przelotowej rejestrującej zmiany impedancji elektrycznej w trybie względnym i trybie absolutnym. Interpretacja uzyskanych wyników, dla wad niestandardowych, była oparta na analizie porównawczej z wynikami uzyskanymi dla standardowych próbek referencyjnych. Otrzymane wartości dla wad niestandardowych umożliwiły ich scharakteryzowanie, tj. określenie ich objętości oraz położenia względem sondy pomiarowej. W większości przypadków nie była możliwa interpretacja geometrii wady, a co jest możliwe przy zastosowaniu innych technik badań nieniszczących.

prąd wirowy, testy diagnostyczne, wymienniki ciepła, rury austenityczne

The LDC1000 module[1,2] measurement tool is a commercial inductive converter made by Texas Instruments (TI). It has been designed to measure the distance to a surface from a given point above the surface of conducting materials. However, its design and software make it possible to use the device in many other innovative applications, such as in machine diagnostics (the measurement of shaft torsions and the detection and measurement of unbalance in rotating masses) and in the non-destructive testing (NDT) of continuity, shape and structural flaws. Examples of the application of this converter to flaw crack detection, to the measurement of electrical and magnetic parameters and to distance determination from a point above the surface to the surface of conducting materials, as well as to the estimation of the thickness of a non-conductive layer on a conductive surface, are described in this paper. The LDC1000 converter has been available commercially for a few years and its basic scope of application is expanding all of the time[4,5]. It has also been the subject matter for some PhD theses[6]. The principles for measuring the components of the normalised impedance are explained in the initial part of this paper, which is necessary in order to gain a full understanding of the converter operation. The LDC1000 converter operates in the current resonance region (resonance takes place between the inductive coil and the tested material). From the manifold diagnostic possibilities of the converter, its application in flaw detection will be presented in this paper. Crack detection and conductivity and distance measurements have been carried out and the local circuit inductance has been recorded. Measurements have been conducted with the standard flaw detection probe and the time required for performing repeatability measurements has also been investigated.

Stal martenzytyczna P91 należy do grupy stali stosowanych w energetyce. Komponenty maszyn i wyposażenie wykorzystujące stale z tej grupy (K18 - P 265 i 13 HMF) są użytkowane w eksploatacji przy podwyższonych temperaturach. Stale te są narażone na obciążenia zmęczeniowe cieplne, przyspieszoną korozję, pełzanie dynamiczne i relaksację powodowane procesami zmęczeniowymi. Trudne warunki eksploatacji (temperatura, ciśnienie) wywierają różny wpływ na proces zmian ich parametrów fizycznych. W przypadku większości stali stosowanych w energetyce magneto-indukcyjny pomiar właściwości fizycznych jest dogodną techniką badania próbek, a nawet przy ciągłym diagnozowaniu wycinka instalacji (SHM). Artykuł prezentuje wyniki badań przeprowadzonych dla próbek stalowych P91, P265 i 13 HMF oraz proponuje niskokosztowe rozwiązanie badań nieniszczących (NDT) i monitoringu eksploatacyjnego.

SHM monitoring strukturalny, NDT badania nieniszczące

Analizie poddano charakterystykę impedancyjną od niestandardowych defektów w materiale rury austenitycznej. Wskazania te otrzymano podczas skanowania rury ze stali 316 sondą wewnętrzną z wykorzystaniem aparatu MultiScan 5800. Zastosowano klasyczną metodę prądów wirowych ECT badając zarówno rurę z zaprojektowanymi defektami opracowanymi na podstawie analizy najczęściej spotykanych uszkodzeń we wkładach rurowych przemysłowych wymienników ciepła, jak i rury referencyjne, z defektami standardowymi. Wytworzone niestandardowe wady miały na celu symulować spotykane w diagnostyce przemysłowej kombinacje pęknięć, wżerów lub innych ubytków powstałych w wyniku działania agresywnych czynników chemicznych i mechanicznych. Badania polegały na skanowaniu całej długości rury ze stałą prędkości, przy użyciu sondy przelotowej rejestrującej zmiany impedancji elektrycznej w trybie względnym i trybie absolutnym. Na podstawie otrzymanych wyników możliwe było opisanie wymiarów i położenia wad standardowych, weryfikując zgodność rzeczywistych parametrów poszczególnych wad względem projektu wirtualnego. Interpretacja wyników dla wad niestandardowych była oparta na porównaniu ich z wynikami uzyskanymi dla standardowych próbek referencyjnych. Otrzymane wartości dla złożonych wad niestandardowych umożliwiły ich scharakteryzowanie poprzez określenie ich objętości oraz położenia względem sondy pomiarowej. W większości przypadków nie była możliwa interpretacja geometrii wady, czego można dokonać stosując inne techniki badań nieniszczących.

prądy wirowe, badania diagnostyczne, wymienniki ciepła, rury austenityczne

This work presents the results of fatigue tests of MAR 247 alloy flat specimens with aluminides layers of 20 or 40 µm thickness obtained in CVD process. Fatigue test was conducted at amplitude equal to half of maximum load and ranging between 300 and 650 MPa (stress asymmetry ratio R = 0, frequency f = 20 Hz). Additionally, 4 of the tests, characterized by the highest amplitude, were accompanied with non-contact strain field measurements by means of electronic speckle pattern interferometry and digital image correlation. Results of these measurements allowed to localize the areas of deformation concentration identified as the damage points of the surface layer or advanced crack presence in core material. Identification and observation of the development of deformation in localization areas allowed to assess fatigue-related phenomena in both layer and substrate materials.

aluminide layer, fatigue testing, full-field optical strain measurements, super nickel alloy

W ramach niniejszej pracy opracowano procedurę nieniszczącą, ilościowej oceny grubości warstw chromowych. Do tego celu wykorzystano metodę prądów wirowych, w zakresie analizy fazoczułej, czyli oceny zmian kąta fazowego impedancji w funkcji grubości warstwy. Taka analiza stosowana jest w przypadku pomiarów grubości warstw konduktywnych w zakresie grubości od kilku do kilkuset mikrometrów, wytworzonych na podłożu konduktywnym. Celem właściwej kalibracji parametrów pomiaru, zaprojektowano i wykonano po dwa zestawy próbek referencyjnych z warstwami chromowymi o grubości 15, 30 i 45 μm na podłożu ze stali stopowej 15HM oraz na staliwie węglowym L-200. Z obydwu zestawów próbek pobrano wycinki do badań metalograficznych, które pozwoliły na bezpośredni pomiar grubości warstwy na przygotowanych zgładach. Wyniki tych pomiarów potraktowano jako wartości referencyjne do dalszych badań. Warstwy chromowe uzyskano w procesie nakładania chromu technicznego metodą galwaniczną, przy parametrach zapewniających uzyskanie założonych grubości. Otrzymane wyniki pozwoliły potwierdzić możliwość ilościowej oceny warstw chromowych z dokładnością do 5 μm, z zastosowaniem komercyjnego urządzenia defektoskopowego przeznaczonego do badań metodą prądów wirowych

warstwy chromowe, pomiar grubości, prądy wirowe

Analizowano możliwości określenia zmian twardości warstw nawęglanych i hartowanych indukcyjnie na podstawie wielkości ilościowo opisujących szum Barkhausena. Badania przeprowadzono na zestawie trzech próbek o stałej grubości warstwy nawęglanej (1,2 mm) o różnych wartościach twardości. Pomiary przeprowadzono dla trzech konfiguracji aparatury MEB-4C Mag-Lab s.c. różniących się częstotliwością prądu magnesującego. Analizowano obwiednię szumu Barkhausena i jej punkty charakterystyczne, energię, RMS, periodogramy FFT oraz rozkłady liczby zdarzeń. Uzyskano interesujące korelacje diagnostyczne mogące posłużyć w rozwiązywaniu zagadnień odwrotnych badań nieniszczących

twardość, szum Barkhausena, zagadnienie odwrotne

W artykule przedstawiono możliwości oceny zmian parametrów fizycznych próbek ze stali P91 w oparciu o zmodyfikowane metody badań magneto-indukcyjnych. Badania przeprowadzono urządzeniami minimalizującymi koszty badań nie wpływającymi na dokładność. Zastosowano mostek pomiarowy RLC [8] i sondę pomiarową LDC1000 [9-11]. Przedstawione wstępne wyniki badań potwierdzają przyjęte założenia i wskazują na szeroki zakres zastosowań w przemyśle.

metody magneto indukcyjne, NDT, NDE

Moduł LDC 1000 [1, 2] jest przetwornikiem pomiarowym indukcyjnym produkcji Texas Instruments. W podstawowej wersji został zaprojektowany do pomiaru odległości od powierzchni materiałów przewodzących. Jego konstrukcja i oprogramowanie umożliwiają wiele innowacyjnych zastosowań. Zastosowania można przenieść na diagnostykę maszyn (pomiar skręcenia wałów napędowych, wykrywanie i pomiar niezrównoważenia mas wirujących), a także w obszar badań nieniszczących defektów ciągłości kształtu i struktury. W artykule opisano przykłady zastosowania w defektoskopii pęknięć, w pomiarze parametrów elektrycznych i magnetycznych oraz w pomiarze odległości od powierzchni materiałów przewodzących. Układ LDC 1000 jest dostępny od kilku lat na rynku. Obszar podstawowy jego zastosowania jest ciągle poszerzany [4, 5]. Jest też tematem prac doktorskich [7]. Przedstawione na wstępie zasady pomiaru unormowanych składowych impedancji są wstępem do opisu działania przetwornika LDC. Przetwornik LDC 1000 pracuje w obszarze rezonansu prądu: cewka indukcyjna – materiał badany. Spośród możliwości diagnostycznych układu zaprezentowano jego zastosowanie w wykrywaniu defektów. Przeprowadzono pomiar pęknięć, pomiar przewodności oraz pomiar odległości. Wartościami rejestrowanymi była lokalna indukcja obwodu. Pomiary prowadzono na wzorcach stosowanych w defektoskopii magneto-indukcyjnej. Wykonano badania na powtarzalność czasową pomiaru

NDT, NDE, diagnostyka parametrów i struktury materiału

Aluminium/copper contacts occur in power networks made of aluminium alloy busbars. Bolted joints of aluminium and copper cause galvanic corrosion of aluminium in the presence of electrolyte. The paper focuses on the effect of different powder morphology and the addition of ceramics on coating porosity and consequently on corrosion resistance and electrical conductivity behaviour. In this work, corrosion protection of copper coatings deposited by low-pressure cold spraying (LPCS) onto AA 1350 aluminium alloy is examined. The coatings were sprayed using two copper powders of different morphology, namely spherical and dendritic ones. These powders were mixed with alumina before spraying in a 50:50 weight ratio and composite coatings were deposited. The coating microstructures were characterized by the scanning electron microscopy (SEM). The measurements of coating hardness in the middle of the coating thickness were carried out. The coating corrosion protection was analysed by polarization measurements. All coatings showed increased corrosion potential as compared to the substrate. The electrical conductivity of coatings was determined by eddy-current measurements and showed coating conductivity up to 63% IACS. Moreover, coatings heat treatment was conducted to further increase electrical conductivity.

cold spray, corrosion resistance, polarization measurements, electrical conductivity

In this paper we present the effects of thermomechanical couplings occurring in polyurethane shape memory polymer subjected to cyclic tensile loadings conducted at various strain rates. Stress–strain characteristics were elaborated using a quasistatic testing machine, whereas the specimen temperature changes accompanying the deformation process were obtained with an infrared camera. We demonstrate a tight correlation between the mechanical and thermal results within the initial loading stage. The polymer thermomechanical behaviour in four subsequent loading-unloading cycles and the influence of the strain rate on the stress and the related temperature changes were also examined. In the range of elastic deformation the specimen temperature drops below the initial level due to thermoelastic effect whereas at the higher strains the temperature always increased, due to the dissipative deformation mechanisms. The difference in the characteristics of the specimen temperature has been applied to determine a limit of the polymer reversible deformation and analyzed for various strain rates. It was shown that at the higher strain rates higher values of the stress and temperature changes are obtained, which are related to higher values of the polymer yield points. During the cyclic loading a significant difference between the first and the second cycle was observed. The subsequent loading-unloading cycles demonstrated similar sharply shaped stress and temperature profiles and gradually decrease in values.

thermomechanical couplings, infrared camera, shape memory polymer, tension, strain rate, thermoelastic effect, yield point

Materials and semi-manufactured products for aviation equipment are usually subjected to increasingly rigorous demands for the quality control. In many cases, like hardened or carburized wheels or rollers assembled in the gear motors, the control procedures enforce necessity of the selective testing of details coming from production lines using destructive techniques. The main aim of diagnostic investigations carrying out on series of final products is to assess qualitatively and quantitatively the layers obtained due to carburizing and induction hardening. Unfortunately, such processes increase the fabrication costs significantly, especially in the case of complex manufacturing technology applied and small-lot production as well. In order to reduce them the attempts for application of non-destructive testing methods are taken for evaluation of either the layers quality or the products subjected to surface treatments. This paper presents the eddy currents method used for the thickness evaluation of the carburized and induction-hardened layers on the basis of the impedance signal variation. The signal was obtained as a result of the so-called ‘lift off’ effect. A methodology for the quantitative thickness evaluation of the carburized and induction-hardened layers has been elaborated under a range of technological parameters. The measurements ranges were defined in the framework of which an identification of the hardened layer was possible using the commercial defectoscope and reference specimens of the fixed thickness. Tests were carried out on specimens made of the ASM6414 steel and subjected subsequently to carburization and induction hardening. The impedance parameters were measured for selected values of frequency. The results were verified on the basis of metallographic investigations as well as the microhardness measurements captured in the form of profiles taken from specimens’ cross-sections of different layer thickness.

eddy current, hardening, carburizing, layers, non-destructive technique

Fatigue damage process developing in structural materials under long-term cyclic loading is still an unsolved problem of modern engineering. Attempts to assess a degree of materials degradation under fatigue conditions on the basis of changes in the areas of local strain concentration determined by optical methods can be treated as the promising contemporary research direction of majority of scientific centres in the world. In most cases, fatigue damage has a local character and it is based on damage development leading to generation of cracks appearing around structural defects or geometrical notches. An identification of these areas and their subsequent monitoring requires a full-field displacement measurements performed on the objects surfaces. It seems that modern contemporary optical methods for displacement components measuring on the surfaces of structural elements or tested specimens are suitable for such purpose. Digital Image Correlation (DIC) and Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) are nowadays the most widely used testing methods in this area. Both of them enable capturing of displacement and strain components distributions. This paper presents an attempt to use the ESPI method for fatigue damage evaluation and its monitoring on specimens made of the aluminide coated nickel super-alloys. Flat specimens were subjected to cyclic loading. The fatigue tests were interrupted several times in order to perform a static loading during which the optical measurements were carried out. An analysis of the results captured by the ESPI system allowed indication of places of the greatest stress concentration and demonstration of the damage development process as a function of the increasing number of cycles.

fatigue, damage, super-alloy, Electronic Speckle Pattern Interferometry

Praca dotyczy oceny możliwości identyfikacji zmian twardości warstw nawęglanych i hartowanych indukcyjnie, z wykorzystaniem nieniszczących technik magnetycznych. Badania przeprowadzono na zestawie trzech próbek, ze stali AMS 6414, poddanych procesowi nawęglania, w atmosferze o różnym stężeniu węgla, a następnie hartowaniu oraz na próbce bez warstwy. Próbki z warstwami o różnej twardości (i stałej grubości - 1,2 mm) poddano badaniom technikami nieniszczącymi, z zastosowaniem prądów wirowych i analizy szumów Barkhausena. Badania metodą prądów wirowych polegały na ocenie zmian kąta fazowego uzyskanego w efekcie oddalenia od warstw o różnej twardości. Jednocześnie poddano analizie obwiednie sygnału Efektu Barkhausena. Wyniki tych badań pozwoliły zidentyfikować różnice w twardości próbek ze stali, z warstwą o różnym stężeniu węgla. W celu weryfikacji pomiarów metodami nieniszczącymi wykonano jakościowe i ilościowe badania mikroskopowe oraz rozkłady mikrotwardości na przekrojach próbek.

nawęglanie, warstwy hartowane indykacyjnie, szumy Barkhausena, prądy wirowe, profile mikrotwardości

Stal martenzytyczna P91 należy do grupy stali stosowanych w energetyce. Komponenty maszyn i wyposażenie wykorzystujące stale z tej grupy (K18 - P 265 i 13 HMF) są użytkowane w eksploatacji przy podwyższonych temperaturach. Stale te są narażone na obciążenia zmęczeniowe cieplne, przyspieszoną korozję, pełzanie dynamiczne i relaksację powodowane procesami zmęczeniowymi. Trudne warunki eksploatacji (temperatura, ciśnienie) wywierają różny wpływ na proces zmian ich parametrów fizycznych. W przypadku większości stali stosowanych w energetyce, magneto-indukcyjny pomiar właściwości fizycznych jest dogodną techniką badania próbek, a nawet przy ciągłym diagnozowaniu wycinka instalacji. Artykuł prezentuje wyniki badań przeprowadzonych dla próbek stalowych P91, P265 i 13 HMF oraz proponuje niskokosztowe rozwiązanie monitoringu eksploatacyjnego.

Badania nieniszczące NDT, badania nieniszczące NDE, detekcja zmęczenia, prądy wirowe

Thermomechanical conditions in which the elements of modern aircraft engines work, require the use of protective coatings. The coatings increase the creep strength and also the local thermal stress in the near-surface areas due to the differing thermal expansion of particular material layers. For this reason it is necessary to develop a method for evaluating the operating properties of nickel superalloys with the aluminide layer, taking into consideration the surface processes related to the thermo-mechanical fatigue, taking place during the operation. In the presented work the assessment of the influence of the aluminium-coated layer, deposited on the nickel alloy specimens in the chemical deposition process (CVD) on the changes of the damage parameter in cyclic load conditions was carried out. The damage parameter was defined as a total strain in consecutive load cycles. The dynamics of damage development was analysed for two specimen lots (4 with the layer and 4 without it) displaying axial symmetry with a narrowing in the measured section. The results obtained were correlated with the results of fractography studies using SEM. The results obtained were used for the determination of the relationship between the damage parameter being the sum of the average strain and the strain amplitude, and the number of cycles, until the specimen is destroyed.

Alumina Layer, Fatigue Damage, Super Nickel Alloy

Zaprezentowane wyniki wskazują na możliwość ilościowej oceny stopnia uszkodzenia, opisanego miarą skumulowanego odkształcenia plastycznego, uzyskanego w statycznej próbie rozciągania, z wykorzystaniem prądów wirowych. Badaniom poddano próbkę o zmiennym polu przekroju w całym zakresie części pomiarowej. Użycie próbki o takiej geometrii umożliwia uzyskanie pola deformacji, której wartość zmienia się wzdłuż osi próbki. Znajomość wartości odkształcenia trwałego w danym przekroju próbki w połączeniu z analizą struktury w tym miejscu pozwala na prześledzenie ewolucji uszkodzenia struktury materiału wywołanej jego deformacją trwałą. Na takiej próbce, poddanej próbie rozciągania, wykonano profil zmian kąta fazowego sygnału prądowirowego w kolejnych obszarach o zmiennym stopniu uszkodzenia. Dokonując korelacji pomiędzy stopniem uszkodzenia wyrażonym miarą parametru uszkodzenia oraz wartością mierzonego kąta fazowego, determinowaną lokalnymi zmianami przewodności elektrycznej i przenikalności magnetycznej uzyskano zależność wskazującą na możliwość nieniszczącej oceny stopnia degradacji materiału poddanego obciążeniom przekraczającym wartość granicy plastyczności.

ocena uszkodzenia, lokalne pomiary odkształcenia, prądy wirowe

W artykule przedstawiono wyniki badań w zakresie identyfikacji i lokalizacji pęknięcia warstwy aluminidkowej na stopie niklu, pod wpływem obciążeń zmęczeniowych, z zastosowaniem nieniszczących technik badawczych. Testom zmęczeniowym poddano próbki ze stopu niklu z warstwą aluminidową o grubości ok. 20 i 40 μm uzyskaną w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej CVD (Chemical. Vapor. Deposition). Do identyfikacji uszkodzenia zdefiniowanego jako pęknięcie warstwy wykorzystano metodę prądów wirowych (ET) oraz optyczną metodę elektronicznej interferometrii plamkowej (ESPI). Ta ostatnia metoda pozwoliła na wykrycie pęknięć tworzących się w czasie cyklicznego obciążenia próbki, w oparciu o wskazanie lokalizacji deformacji. Umożliwiło to ocenę trwałości zmęczeniowej warstwy, której pękanie poprzedza uszkodzenie całej próbki.

nadstopy niklu, badania zmęczeniowe, warstwy alumidkowe, prądy wirowe

The results of analysis of fatigue damage development in the X10CrMoVNb9-1(P91) steel specimens subjected to various cyclic loading combinations are presented. The study concerning a quantitative assessment of damage is based on analysis of the fatigue hysteresis evolution in subsequent loading cycles. According to the elaborated algorithms, damage parameters were determined on the basis of two indicators, i.e., average strain and strain amplitude variations. Each of them was responsible for a single damage development mechanism. The average strain characterized ratcheting effect, which is usually related to local generation of plastic strain surrounding microstructural elements. The second damage mechanism called cyclic plasticity is connected with micro slips preceding slip bands formation. The paper also discusses the results of metallographic and fractographic microscopic (SEM) observations of the tested specimens in order to indicate microstructural aspects of fatigue damage development mechanisms.

fatigue test, steels, fracture, scanning electron microscopy, microstructure

The goal of the research was to evaluate the change of displacement/strain phases in the P91 steel under static load conditions. Undertaken tests were aimed at estimation and analysis of the impact of the material state, which was subjected to loading conditions, on the distribution of stress pattern using ESPI system. Specimen made of high temperature creep resistant steel X10CrMoVNb9-1 (P91) used as a construction material for boiler steam feed heaters, vapor tanks, pressure vessels and vapor pipelines, is used in the service conditions of temperature range up of 650°C. Test samples were taken from two P91 steel pipes. One sample came from a segment of a pipeline transporting fresh vapor in time 80 000 h, under the pressure of 8.4 MPa and temperature 540°C. The second sample was the same material but in the delivery state.

fatigue, electronic speckle pattern interferometry, P91 steel

The aim of the study was to determine the microstructure and residual stress changes which appears in the S235 steel (which is designed for operating in elevated temperatures) during cold rolling. The changes of orientation, both morphological and crystallographic, are occurring as a result of the rolling process. Analysis of the results allowed to determine the change in grain morphology (size, shape), determination of grain morphology of the rolling direction and determination of crystallographic texture. The dislocation density present in the material before and after the cold rolling process was estimated on the basis of dislocation structure images obtained via transmission electron microscope. The observed microstructural changes were correlated with the results of nondestructive testing using eddy current method. They allowed for the identification of the state of stress measured on three different surfaces of the rolled sheet (parallel and perpendicular to the rolling direction). As the result the usability of using the non - destructuve techniques of stress level determination was proved.

S235 steel, microstrcture, eddy current, cold rolling

W pracy zaprezentowano wyniki badań nad opracowaniem metodyki ilościowej oceny rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego wysokostopowej stali X10CrMoVnb9-1 z wykorzystaniem nieniszczącej techniki diagnostycznej – metody prądów wirowych. W oparciu o procedurę charakteryzowania stopnia degradacji zmęczeniowej na podstawie zmierzonych wartości odkształceń średnich oraz odkształceń plastycznych w kolejnych cyklach obciążenia zdefiniowano odkształceniowy współczynnik uszkodzenia zmęczeniowego (Φ) opisujący dynamikę zmian odkształcenia w kolejnych cyklach. Wyznaczone w ten sposób parametry uszkodzenia skorelowano z wynikami pomiarów kąta fazowego sygnału prądowirowego mierzonego w ustalonych etapach procesu zmęczenia, przy amplitudzie naprężenia w zakresie 360÷420 MPa. na podstawie opracowanych procedur pomiarowych uzyskano wyniki wskazujące na możliwość identyfikacji i lokalizacji uszkodzenia zmęczeniowego we wczesnym etapie jego rozwoju, jak również na ilościową ocenę stopnia degradacji w oparciu o zdefiniowany parametr uszkodzenia oraz wyniki uzyskane za pomocą nieniszczącej techniki diagnostycznej.

pękanie zmęczeniowe, spoiny, odkształcenia, prądy wirowe

Efekt Barkhausena (EB) kojarzony jest z impulsami napięcia indukowanymi w cewce detekcyjnej zbliżonej do magnesowanej płyty. Typowa sonda efektu Barkhausena składa się z elektromagnesu jarzmowego (typu C) i cewki detekcyjnej z rdzeniem ferrytowym [1]. Natężenie efektu Barkhausena zależy od mikrostruktury (wielkości ziarna, morfologii wydzieleń i dyslokacji) oraz od poziomu naprężeń [2]. Magnesowanie jest łatwiejsze, gdy kierunek pola magnetycznego sondy zgodny jest z kierunkiem działania naprężeń rozciągających i trudniejsze, gdy magnesowany jest materiał poddany działaniu naprężeń ściskających. Pomiar naprężeń z wykorzystaniem efektu Barkhausena ma wiele zalet: krótki czas pomiaru (kilkanaście sekund), względnie proste przygotowanie powierzchni (usunięcie warstwy tlenków szlifierką oscylacyjną z papierem ściernym o gradacji powyżej 100). W celu określenia składowych płaskiego stanu naprężenia konieczne jest wyznaczenie rozkładu kątowego natężenia EB [2, 3]. W artykule opisano wyniki badań stanu naprężenia za pomocą nowo opracowanego aparatu wyposażonego w sondę, która generuje w badanym elemencie namagnesowanie o skokowo zmiennym kierunku magnesowania. Aparat ten umożliwia automatyczny pomiar rozkładów kątowych natężenia EB. Badania te są realizowane w ramach projektu NCBiR nr PBS1/A9/14/2012 pt. Opracowanie magnetycznej metody oceny stanu naprężeń w materiałach konstrukcyjnych zwłaszcza anizotropowych. Zdaniem Autorów jest to rozwiązanie o lepszych walorach użytkowych niż proponowane w poprzednich opracowaniach [4, 5]. Anizotropowość właściwości magnetycznych (wynikająca np. z tekstury struktury ziaren) ujawnia się w eliptycznym, a nie kołowym rozkładzie kątowym natężenia EB. Oczywista jest konieczność uwzględnienia tej anizotropii przy badaniu stanu naprężenia tą technika. Poniżej podano przykłady badania stanu naprężenia nowym układem dla złącz spawanych wykonanych z praktycznie izotropowej magnetycznie stali oraz dla stali z wyraźną anizotropią magnetyczną.

The paper presents the results of studies on the structure and properties of the AlNi type diffusion layers fabricated on the IN 740 nickel alloy by chemical vapor deposition using aluminium chloride (AlCl3), introduced into a hydrogen atmosphere. The layers were examined by light microscopy and scanning electron microscopy. Their chemical composition was examined by EDS, and the phase composition - using a Bruker D8 X-ray diffractometer with CuKa radiation. Fatigue tests were carried out in Inconel 740 sample, in the initial state and covered with the diffusion intermetallic AlNi layers. The strength under dynamic load was examined using a MTS 858 testing machine using symmetric load cycles repeated at a frequency of 20 Hz. The stress amplitude was 550 MPa. Corrosion resistance tests were performed employing potentiodynamic methods, in 0.1M Na2SO4 solution, at ambient temperature. It is shown that the layers improve the fatigue resistance and corrosion resistance of the Inconel 740 substrate.

Inconel 740, CVD, Aluminide layer, High-cycle fatigue, corrosion resistance

Material and magnetic degradation on the edges of electromagnetic silicon steel sheets is usually neglected in designing electro-mechanical equipment. Magnetic changes at the sheet edges are insignificantly small in the case of transformers. In the electric machines they can produce significant losses, amounting to 0.5 % when the losses due to the magneto-elastic and reverse phenomena (Joule and Villari) are taken into account. In this context the paper presents the results of laboratory and simulation studies of the influence of various production technologies on the material structure and magnetic properties at edges of elements for electro-mechanical devices.

magneto-elastic and elasto-magnetic effects, plastic strains, changes of magnetic parameters, changes of magnetic hysteresis loop of electromagnetic steel sheet

Zaprezentowane badania skupiały się na ocenie możliwości wykorzystania pomiarów konduktywności do identyfikacji i lokalizacji uszkodzenia zmęczeniowego w próbkach ze stopu aluminium 2017. Monitorowanie zmian przewodności w wybranych punktach próbki po kolejnych cyklach obciążeń rozciągających pozwoliło stwierdzić spadek tego parametru w miejscu powstania i rozwoju uszkodzenia, prowadzącego do pęknięcia próbki. Istotne zmiany przewodności występują w ostatnim etapie zmęczenia i są związane prawdopodobnie z lokalnym odkształceniem plastycznym towarzyszącym rozwojowi pęknięcia dominującego. Testy prowadzono na próbkach wyciętych z blachy walcowanej o grubości 1, 2 i 3 mm poddanych cyklicznym obciążeniom rozciągającym. Pomiar konduktywności realizowany był kilkakrotnie, po zadanej sekwencji cykli, w siedmiu miejscach po obu stronach próbki, co umożliwiło na lokalizację uszkodzenia zmęczeniowego.

pęknięcia zmęczeniowe, stopy aluminium, konduktywność

Przedstawienie wyników badań stali P91 w stanie dostawy i po 80 000 h przepracowanych na rurociągu pary świeżej oraz wskazanie parametrów porównawczych stanowi treść niniejszego opracowania. W pracy przedstawione zostały wyniki badań składu chemicznego, mikrostruktury, statycznej próby rozciągania oraz charakterystyki Wöhlera. nawiązano też do wyników badań nieniszczących otrzymanych przy użyciu metody prądów wirowych umożliwiających ilościową ocenę stopnia degradacji zmęczeniowej stali P91.

właściwości mechaniczne, stal P91, eksploatacja

Monitorowanie zjawisk związanych ze zmęczeniem materiałów jako procesu inicjowanego lokalnie wymaga całopolowych obserwacji deformacji zachodzących pod wpływem obciążeń zmęczeniowych. Metoda elektronicznej interferometrii plamkowej (ESPI) pozwala z dużą precyzją (przy zachowaniu stabilności układu pomiarowego) określić rozkład odkształceń na powierzchni próbki i tym samym wskazać miejsca koncentracji naprężeń wywołanych karbem (strukturalnym, geometrycznym). Możliwa jest także ocena rozwoju tych deformacji w kolejnych cyklach zmęczenia aż do utworzenia pęknięcia i dekohezji próbki. Bieżący pomiar odkształceń w strefie ich lokalizacji pozwala na ilościową ocenę dynamiki rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego w badanym materiale.

W pracy dokonano oceny stopnia uszkodzenia eksploatacyjnego materiału próbek z elementów rurociągów pary wtórnie przegrzanej po 100 000 godzin pracy na podstawie zmian właściwości zmęczeniowych oraz zmian mikrostruktury. Dokonano testów zmęczenia wysokocyklowego dla zmiennej amplitudy naprężenia z uwzględnieniem rozwoju odkształceńśrednich i niesprężystych. Na tej podstawie opracowano parametry opisujące stopień zniszczenia materiału pod wpływem obciążeń cyklicznych dla próbek w stanie przed i po eksploatacji. Analiza porównawcza wyznaczonych współczynników pozwala oszacować procentowy stopień degradacji materiału próbek eksploatowanych. Wykonano badania metalograficzne z wykorzystaniem Elektronowej Mikroskopii Skaningowej, na podstawie których scharakteryzowano mikrostrukturalne zmiany wynikające z długotrwałej pracy w warunkach eksploatacji rurociągów energetycznych.

W pracy przedstawiono możliwości metody prądów wirowych z wykorzystaniem sond wielocewkowych (ECA - Eddy Current Array) do oceny stanu technicznego gładko-lufowych armat czołgowych oraz otworów rotorów pompy zębatej. Badania dotyczyły identyfikacji pęknięć oraz ubytków powłok ochronnych na powierzchni wewnętrznej otworów. Wskazano możliwości zastosowania skanera do badania powierzchni otworów i oceniono efektywność rozwiązań własnych jak i komercyjnych. Opracowane urządzenie skanujące współpracujące z elastyczną sondą wielocewkową pozwala na nieinwazyjną ocenę stanu powierzchni wewnętrznej otworów na obecność defektów i ubytków eksploatacyjnych w czasie kilku minut. Z uwagi na łatwość wykonania pomiaru oraz mobilny charakter aparatury pomiarowej możliwe jest wykonanie pomiarów w niemal dowolnych warunkach. Możliwa jest także implementacja procedur monitorujących, pozwalających na oszacowanie czasu bezpiecznej eksploatacji w oparciu o cyklicznie wykonywane badania stanu powierzchni. Przewaga opisanej metody w porównaniu do stosowanych w tym obszarze badań endoskopowych wynika z możliwości detekcji nieciągłości, w tym podpowierzchniowych, mogących mieć krytyczny wpływ na bezpieczeństwo eksploatacji. Opisano ponadto najnowsze rozwiązania w zakresie techniki ECA dotyczące sond dedykowanych do badania spoin, przekładni zębatych oraz rur z zastosowaniem zarówno sond wewnętrznych jak i systemów skanujących powierzchnie zewnętrzne rurociągów.

This paper presents an attempt to use the Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) and Digital Image Correlation (DIC) for damage evaluation and its monitoring on specimens made of the P91 steel and aluminide coated nickel super-alloys subjected to monotonic or cyclic loading.

Mathematical modeling of single and consecutive dual - frequency induction surface hardening systems are presented and compared. The both models are solved by the 3D FEMbased professional software supported by a number of own numerical procedures. The methodology is illustrated with some examples of surface induction hardening of a gear wheel made of steel 41Cr4. The computations are in a good accordance with experiments provided on the laboratory stand

Research on the evaluation of the fatigue life of aluminum layers on the nickel alloys are usually limited to cracks identification through carrying out observations of the microstructure of the samples after cyclic load. This methodology is subjected to the considerable errors. The dismantling of samples from the testing machine changes the load conditions, what affect the reliability of the results. That is why there are attempts to use non-destructive methods that allow the detection of cracks during the stress test (until sample rupture) without removing the sample from the machine. Those possibilities gives us eddy current method, commonly used in flaw detection and ESPI, an optical technique which enables interferometric measurements of surface displacements. The work concerns the use of eddy current method and optical method ESPI to the identification of the cracks of the diffusion aluminide layers on the nickel alloy MAR 247. Fatigue tests were performed on the samples with thicknesses of 20 and 40 μm in the tensile load condition. Eddy current and ESPI measurements were performed after predetermined sequences of load cycles and after the load was stopped at maximum tensile stress. On this basis the fatigue life of layer and its effect on durability of the samples was determined.

The martensitic steel P91 belongs to the group of steels used in power plants. Machine components and equipment constructed with steels from the group (15HM -13CrMo44 (DIN) and 13HMF) are utilized in service at increased temperatures. Such steels are exposed to thermal fatigue loads, accelerated corrosion, dynamic creep and relaxation (ratcheting) due to tension fatigue. The harsh operation conditions (temperature, pressure) have diverse influence on the evolution process of their physical parameters. In case of most steels used in power plants the magneto – inductive measurement of properties is a convenient technique for testing samples when continuosly applied. The paper presents results of tests performed on P91, 15HM and 13 HMF steel samples. A low cost service life monitoring is proposed.

The paper presents results of fatigue test conducted on nickel based superalloy MAR 247 with aluminide layer of varying thickness. The trial for identification of damage localization with the use of Eddy Current (ET) and Electronic Speckle Pattern Interferometry optical method (ESPI) was made. It allowed for detection of cracks forming during cyclic loading of the sample. This enabled evaluation of fatigue life of the layer, as the formation of crack precede sample decohesion.

The impact of the aluminide layer thickness on the fatigue life of a nickel alloy samples in the temperature of 900 degrees C, which is typical value for working conditions of this types of alloys, was also obtained. Wohler curves were assigned for the samples with the aluminide layer of 20 and 40 microns thickness.

super-nickel alloy, fatigue testing, alumina layer, eddy current

Experimental results of effects of thermomechanical couplings occurring in polyurethane shape memory polymer (PU-SMP) subjected to cyclic loading at various strain rates are presented. Stress-strain characteristics were recorded by the testing machine, whereas the specimen temperature changes were measured by a fast and sensitive infrared camera. The influence of strain rate on the polymer thermomechanical behaviour was studied. It was found that the SMP is very sensitive to the strain rate. The higher the strain rate, the higher the values of the stress and temperature changes were obtained. In the initial stage of deformation a drop in temperature called thermoelastic effect, determining a limit of the material reversible deformation, was investigated.

thermomechanical couplings, polyurethane shape memory polymer, cyclic loading, various strain rates, sensitive infrared camera, thermoelastic effect, thermoelastic effect, reversible deformation

W pracy dokonano analizy wskaźników rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego, opracowanych w oparciu o wyniki testów zmęczeniowych próbek ze stali P91, w stanie dostawy i po 80 000 godzin eksploatacji w warunkach pracy instalacji energetycznej. Wykonano badania zmęczeniowe dla dwóch typów próbek i wyznaczono funkcje zmiany parametrów uszkodzeń w zależności od liczby cykli przy różnych amplitudach naprężenia. Uzyskane wyniki wykorzystano do wyznaczenia klasycznej charakterystyki zmęczeniowej, ale również do wyznaczenia ewolucji uszkodzeń w zależności od liczby cykli. Wyniki wskazały na możliwość jej opisania przy pomocy dwóch makroskopowych wskaźników rozwoju zmęczenia. Pierwszy z nich to średnie odkształcenie w kolejnych cyklach obciążenia przy stałej amplitudzie naprężenia. Drugim, jest odkształcenie niesprężyste w cyklu obrazujące szerokość pętli histerezy w kolejnych fazach obciążenia ostałej amplitudzie naprężenia. Rozwój uszkodzenia wstali P91poddanej obciążeniom zmęczeniowym opisano stosując kombinację wyżej wymienionych wskaźników

badania zmęczeniowe, ewolucja uszkodzeń, wskaźniki uszkodzenia

carburizing, induction-hardened layer, Barkhausen noise, eddy currents, micro-hardness profiles

włókno bazaltowe, mikrostruktura, impregnacja, preparatyka

The aim of this research was to compare the effect of 80 000 h exploitation time in high temperature on mechanical properties and microstructure of X10CrMoVNb9-1 (P91) power engineering steel for pipes. The specimens obtained from two pipes: new, as-received and after exploitation were subjected to fatigue loadings to compare their mechanical responses. Additionally, the uniaxial tensile tests on both types of P91 steel were performed. The microstructure evolution before and after deformation was monitored using optical and scanning electron microscopy. The time intensive, high temperature exposure of P91 power engineering steel led to significant phase transformation and subsequent deterioration of mechanical properties and was further described as a function of the fatigue damage measure, φ, and the fatigue damage parameter D. Further proposed methodology of power exponent approximation of the fatigue damage measure, φ, and fatigue damage parameter D, allowed to successfully determine the fatigue life of P91 steel.

Fatigue, Damage Evolution, Aluminum Alloy

eddy current, hardening, carburizing, layers, non - destructive technique

Fatigue damage process developing in structural materials under long-term cyclic loading is still an unsolved problem of modern engineering. Attempts to assess a degree of materials degradation under fatigue conditions on the basis of changes in the areas of local strain concentration determined by optical methods can be treated as the promising contemporary research direction of majority of scientific centers in the world. In most cases, fatigue damage has a local character and it is based on damage development leading to generation of cracks appearing around structural defects or geometrical notches. An identification of these areas and their subsequent monitoring requires a full-field displacement measurements performed on the objects surfaces. It seems that modern contemporary optical methods for displacement components measuring on the surfaces of structural elements or tested specimens are suitable for such purpose. Digital Image Correlation (DIC) and Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) are nowadays the most widely used testing methods in this area. Both of them enable capturing of displacement and strain components distributions. This paper presents an attempt to use the ESPI method for fatigue damage evaluation and its monitoring on specimens ma de of the aluminide coated nickel super-alloys. Flat specimens were subjected to cyclic loading. The fatigue tests were interrupted several times in order to perform a static loading during which the optical measurements were carried out. An analysis of the results captured by the ESPI system allowed indication of places of the greatest stress concentration and demonstration of the damage development process as a function of the increasing number of cycles.

fatigue, damage, super - alloy, Electronic Speckle Pattern Interferometry

The paper presents the results of experimental investigation on polymer foam with shape memory properties. The research is focused on characterization of the microstructure of the foam and understanding the mechanisms of deformation under static and dynamic loading. Up till now, selected experimental techniques have been applied. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) allows determining the extent of the value of the glass transition temperature under different load conditions, which also reveals the transformation temperature range for the SMP foam. Scanning electron microscopy (SEM) shows the foam microstructure in various scales, while X-ray tomography gave 3D microstructure results presenting in addition mechanism of the cells deformation and changes in their geometry under 30 % and 50% strain. BOSE system enables obtaining the results on dynamic loading.

Shape memory polymer foam, Dynamic mechanical analysis, Glass transition temperature, X-ray tomography

The paper presents the results of fatigue tests performed on the super-nickel alloy after Chemical Vapor Deposition (CVD). CVD process was carried out for the periods of 4 and 12 hours, and as a consequence, a layer of the aluminum of the thickness 20 μm and 40 μm, respectively, was obtained on the surface of nickel alloy. The specimens with layers were tested on the servo-hydraulic testing machine under dynamic loading at high temperature of 900oC. The profiles of micro hardness on the cross-sections of specimens enabled identification of hardness variations. The main aim of this paper was to evaluate the effect of a film thickness on the fatigue properties of the alloy. Additionally, an identification of crack propagation in the layer subjected to cyclic loading was analysed on the basis of deformation changes in the subsequent cycles.

aluminium layer, super nickel alloy, fatigue testing, CVD technique