Date
2019-09Metadata
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Dissertation
The Fatigue and Corrosion Fatigue Behavior of Austenitic Stainless Steel AISI 304 after Deep Rolling at Various Temperatures
Abstract
The austenitic stainless steel AISI 304 was deep rolled at 20 °C (RTDR), -195 °C (CTDR), and 550 °C (HTDR). The deep rolling pressures used for each deep rolling temperature were 1.0, 1.7, and 2.4 bar. From microstructural investigation, the largest compressive residual stress field was found in RTDR, and the highest amount of martensitic content and plastic deformation were found in CTDR. The strain aging effect was only found in HTDR.
In the rotating bending fatigue tests, the strain aging effect after HTDR is beneficial for impeding fatigue failure. For deep rolled AISI 304, the surface hardness increases as the martensitic content rises and it slows fatigue crack initiation. Moreover, the compressive residual stress delays fatigue crack propagation.
The corrosion fatigue resistance behavior of untreated AISI 304 occurs in two regions: the stress-controlled and corrosion-controlled regions. Only a stress-controlled region is present in deep-rolled AISI 304. It could be deduced that the corrosion fatigue behavior of deep-rolled AISI 304 is dependent on its fatigue endurance characteristics. Moreover, fatigue failure initiates from corrosion pits. The extent, shape, size, and type of corrosion pits are influenced by the strain-induced martensitic transformation content.
In the rotating bending fatigue tests, the strain aging effect after HTDR is beneficial for impeding fatigue failure. For deep rolled AISI 304, the surface hardness increases as the martensitic content rises and it slows fatigue crack initiation. Moreover, the compressive residual stress delays fatigue crack propagation.
The corrosion fatigue resistance behavior of untreated AISI 304 occurs in two regions: the stress-controlled and corrosion-controlled regions. Only a stress-controlled region is present in deep-rolled AISI 304. It could be deduced that the corrosion fatigue behavior of deep-rolled AISI 304 is dependent on its fatigue endurance characteristics. Moreover, fatigue failure initiates from corrosion pits. The extent, shape, size, and type of corrosion pits are influenced by the strain-induced martensitic transformation content.
Austenitischer Edelstahl AISI 304 wurde bei 20 °C (RTDR), -195 °C (CTDR) und 550 °C (HTDR) festgewalzt. Die Festwalzdrücke betrugen 1,0, 1,7 und 2,4 bar für jede Festwalztemperatur. Aus mikrostrukturellen Untersuchungen ging hervor, dass das größte Druckeigenspannungsfeld bei RTDR auftritt und der größte Anteil an Martensit und plastischer Verformung bei CTDR. Dehnungsalterungseffekte traten ausschließlich in HTDR auf.
Mittels Umlaufbiegeermüdungsversuchen wurde festgestellt, dass der Dehnungsalterungseffekt vorteilhaft für die Verhinderung eines Ermüdungsversagens im HTDR ist. Die Oberflächenhärte der festgewalzten Proben nimmt mit steigendem Martensitgehalt zu und verlangsamt die Einleitung von Ermüdungsrissen. Darüber hinaus ist das Druckeigenspannungsfeld im Oberflächenbereich günstig, um die Ausbreitung von Ermüdungsrissen zu verzögern.
Die Korrosionsermüdung von unbehandeltem AISI 304 tritt in zwei Regionen auf: in stresskontrollierten und in korrosionskontrollierten Regionen. Im Gegensatz dazu bildet festgewalzter Edelstahl nur spannungskontrollierte Bereiche aus. Es kann gefolgert werden, dass das Korrosionsermüdungsverhalten von festgewalztem AISI 304 von seinen Ermüdungsfestigkeitseigenschaften abhängt. Darüber hinaus geht der Ermüdungsbruch von Fehlstellen aus, die durch Lochfraßkorrosion verursacht werden. Ausmaß, Form und Art der Korrosionsstellen werden durch den Gehalt von dehnungsinduziertem Martensit beeinflusst.
Mittels Umlaufbiegeermüdungsversuchen wurde festgestellt, dass der Dehnungsalterungseffekt vorteilhaft für die Verhinderung eines Ermüdungsversagens im HTDR ist. Die Oberflächenhärte der festgewalzten Proben nimmt mit steigendem Martensitgehalt zu und verlangsamt die Einleitung von Ermüdungsrissen. Darüber hinaus ist das Druckeigenspannungsfeld im Oberflächenbereich günstig, um die Ausbreitung von Ermüdungsrissen zu verzögern.
Die Korrosionsermüdung von unbehandeltem AISI 304 tritt in zwei Regionen auf: in stresskontrollierten und in korrosionskontrollierten Regionen. Im Gegensatz dazu bildet festgewalzter Edelstahl nur spannungskontrollierte Bereiche aus. Es kann gefolgert werden, dass das Korrosionsermüdungsverhalten von festgewalztem AISI 304 von seinen Ermüdungsfestigkeitseigenschaften abhängt. Darüber hinaus geht der Ermüdungsbruch von Fehlstellen aus, die durch Lochfraßkorrosion verursacht werden. Ausmaß, Form und Art der Korrosionsstellen werden durch den Gehalt von dehnungsinduziertem Martensit beeinflusst.
Citation
@phdthesis{doi:10.17170/kobra-20200114920,
author={Kongthep, Juthathip},
title={The Fatigue and Corrosion Fatigue Behavior of Austenitic Stainless Steel AISI 304 after Deep Rolling at Various Temperatures},
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