Badania niskocyklowego zmęczenia stopu tytanu WT3-1 w warunkach zmiennych sekwencji obciążeń

Transkrypt

1 Sylwester KŁYSZ Badania niskocyklowego zmęczenia stopu tytanu WT3-1 w warunkach zmiennych sekwencji obciążeń W pracy przedstawiono wpływ sekwencji obciążeń cyklicznych oraz obciążeń wstępnych o różnej konfiguracji na trwałość niskocyklową próbek ze stopu tytanu WT3-1. Opisano efekt tych obciążeń na kształt pętli histerezy, przebieg cyklicznego umocnienia/ osłabienia materiału i trwałość zmęczeniową. Badania wykonano na próbkach klepsydrowych przy sterowaniu obciążeniem ε = const. 1. Wstęp Zarówno na etapie projektowania dowolnej konstrukcji jak i w okresie jej eksploatacji, a także w analizach oceny resursu konstrukcji i możliwości jego przedłużania, znajomość podstawowych charakterystyk zmęczeniowych materiałów konstrukcyjnych, m.in. takich jak trwałość zmęczeniowa w warunkach niskocyklowego zmęczenia, jest istotna z punktu widzenia szacowania trwałości elementów konstrukcji [1-4]. Pętla histerezy materiału poddanego cyklicznemu obciążeniu zawiera cenne informacje o szczegółach cyklicznego (mikro)płynięcia. Kształt pętli histerezy rejestrowanej podczas badań niskocyklowego zmęczenia (LCF - low cycle fatigue) i jej charakterystyczne wymiary w stanie ustabilizowania zależą od rodzaju materiału i od warunków obciążenia. Jej szerokość przy naprężeniu równym zero jest równa zakresowi odkształcenia plastycznego ε pl, który decyduje o trwałości w badaniach zmęczenia niskocyklowego - zgodnie z prawem Mansona-Coffina [5,6]. Innym zagadnieniem dotyczącym kształtu pętli histerezy jest stwierdzenie, czy ma zastosowanie prawo Masinga. Zakłada ono, że istnieje charakterystyczna cykliczna zależność naprężenie-odkształcenie właściwa dla półcykli rozciągających i ściskających - znajomość tej cechy dla konkretnych materiałów jest przydatna szczególnie w zastosowaniu do modelowania i analiz numerycznych np. MES. W stosunku do niektórych materiałów ustabilizowana pętla histerezy otrzymana w badaniach przeprowadzonych w różnych sekwencjach odkształceń nie wykazuje zgodności z tym prawem, lub spełnienie tej zależności 1

2 zachodzi np. w badaniu z narastającymi zakresami odkształceń, a nie zachodzi dla zakresów odkształceń malejących - w konsekwencji krzywe cyklicznego rozciągania różnią się dla obu przypadków. Wyznaczanie takich charakterystyk jest możliwe jedynie na nowoczesnych maszynach wytrzymałościowych spełniających wysokie wymagania co do ich sztywności, dokładności pomiaru i precyzji automatycznego sterowania procesem obciążenia. Analizy zmian własności materiałów w warunkach obciążeń cyklicznych i obciążeń o zmiennych sekwencjach (w tym przeciążeń) na trwałość zmęczeniową i kształt pętli histerezy są przedmiotem wielu prezentacji na konferencjach [np. 7-9]. Najczęściej spotykane w literaturze badania wpływu historii obciążeń na charakterystyki zmęczeniowe dotyczą jednak propagacji pęknięć zmęczeniowych, rzadziej badań niskocyklowych. Szeroką analizę własności zmęczeniowych w połączeniu ze zmianami kształtu pętli histerezy w różnych warunkach badań i eksploatacji przedstawiono w monografiach [1,11]. Wyniki ww. analiz i charakterystyki niskocyklowe materiałów oraz parametry obciążeń są niezbędnym elementem metodyk oceny trwałości elementów konstrukcji [12] - głównie w zakresie metod sumowania uszkodzeń jak również z pominięciem tych metod [13,14], np. przez porównanie charakterystyk zmęczeniowych wyznaczanych w warunkach stałoamplitudowego i losowego obciążenia. Mają one już swój trwały ślad w standardach międzynarodowych dotyczących nadzoru i kontroli stanu technicznego elementów konstrukcji [15]. W pracy zaprezentowano wyniki badań niskocyklowego zmęczenia próbek ze stopu tytanu WT3-1 w warunkach obciążeniowych ε = const zadawanych w różnych konfiguracjach (zmiennej sekwencji obciążeń lub wraz z cyklami przeciążeniowymi - rozciągającymi lub ściskającymi). Badania są elementem poszerzania wiedzy w zakresie szacowania trwałości elementów konstrukcji. Analizowano wyniki rejestracji parametrów przebiegu niskocyklowego zmęczenia pod kątem ich zmian wywołanych historią obciążenia. Oceniono charakter tych zmian na tle typowych przebiegów parametrów testu oraz określono mierzalne podczas badań parametry związane z historią obciążeń. 2. Przebieg badań 2.1. Testy standardowe Badaniom poddano próbki klepsydrowe o średnicy 6 mm, wykonane zgodnie z normą ASTM E 66-8 [16], z prętów tytanowych o średnicy 4 mm przeznaczonych do produkcji łopatek sprężarek silników lotniczych, według technologii stosowanej w WSK PZL Rzeszów. Przed wycinaniem próbek pręty zostały przekute do grubości 2 mm. Stop WT3-1 2

3 charakteryzuje się następującymi własnościami mechanicznymi: moduł Younga E = 125 MPa, granica plastyczności R 2 = 13 MPa, rzeczywista granica wytrzymałości R m = 153 MPa. Badania przeprowadzono na maszynie wytrzymałościowo-zmęczeniowej firmy MTS typ o zakresie do 25 kn, wykorzystując standardowe oprogramowanie maszyny. Częstotliwość obciążenia wynosiła 1 Hz. Do pomiaru odkształceń poprzecznych wykorzystano ekstensometr MTS typu F-2. Na wstępie przeprowadzono standardowe testy niskocyklowego zmęczenia dla kilku zakresów odkształceń ε = const - dla zbadania charakterystycznych własności materiału w tych warunkach obciążenia. Warunki badań w postaci amplitudy obciążeń ε/2 i uzyskane wyniki w postaci liczby cykli N f do zniszczenia próbek przedstawiono w tabeli 1. Pętle histerezy w wybranych cyklach obciążenia tych testów (w przybliżeniu odpowiadających połowie liczby cykli do zniszczenia) oraz zmianę amplitud obciążenia (minimum i maksimum sił) w kolejnych cyklach przedstawiono na rys. 1. Tabela 1. Warunki i wyniki badań trwałości niskocyklowej próbek ze stopu WT3-1 oznaczenie próbki ε/2 N f [cykle] T T T T T T T T T T T T T T T T T T

4 5 F [N] σ[mpa] Rys. 1 Zmiana wartości maksymalnej i minimalnej siły oraz pętle histerezy w wybranych cyklach dla próbek ze stopu tytanu WT3-1 badanych przy stałym zakresie odkształceń ε=const Charakterystyczne dla badanego materiału w tego rodzaju testach są: - symetryczne zmiany amplitudy obciążenia (wartości minimalnej i maksymalnej) w kolejnych cyklach obciążenia, - osłabianie się materiału w kolejnych cyklach obciążenia, praktycznie przez cały okres badania, aż do zniszczenia próbki, jedynie dla najniższego poziomu obciążeń (największej trwałości do zniszczenia) zmiany są bardziej stabilne i można mówić nawet o wystąpieniu okresowego umocnienia się materiału, - gwałtowny spadek wartości amplitudy w cyklach bezpośrednio przed zniszczeniem próbki. Takie przebiegi są typowe dla badanego materiału - zmianie ulegają jedynie proporcje i gradient zmian między poszczególnymi krzywymi, zależnie od zakresu odkształceń, jakim poddane są próbki, a więc i od ich trwałości do zniszczenia. Trudno także mówić w tym przypadku o stabilizacji cyklicznej badanego materiału. Na rys. 2 przedstawiono wykres zależności Mansona-Coffina, właściwy dla wszystkich uzyskanych wyników badań. Dopasowano współczynniki tego równania do opisu danych doświadczalnych przyjmując literaturowe wartości wykładników. Wyznaczono dwa równania, tak aby ich przebiegi obejmowały (z góry i z dołu) dane doświadczalne. Na rys. 2 linie te odpowiadają równaniom: Komentarz [JW1]: Komentarz [SK2]: rys. 1 - t1_h_pet.grf i t1-h-pet.grf ε 2 ε 2 ( N ) ( N ) = f f (1) ( N ) ( N ) = f f (2) 4

5 1. ε Rys. 2 Dopasowanie (z góry i z dołu) krzywych Mansona-Coffina do danych doświadczalnych z badań LCF stopu tytanu WT Testy niestandardowe Aby ocenić własności materiału w warunkach zmęczenia niskocyklowego przy różnych sekwencjach obciążeń przeprowadzono następujące testy: test A - w zakresie odkształceń ε = const, na kolejnych poziomach odkształceń (±.16, ±.19, ±.22, ±.25, ±.28, ±.31, ±.34, ±.37 %, itd. aż do zniszczenia próbki) po 5 cykli na każdym poziomie - wg rys. 3a, test B - w zakresie odkształceń ε = const, na kolejnych poziomach odkształceń w odwrotnej kolejności jak w teście A (tj. ±.37, ±.34 %,... itd.) i z odtworzeniem liczby cykli na każdym poziomie jak w teście A - wg rys. 3b, test C - wstępne przeciążenie/dociążenie próbki w pierwszych 2 cyklach obciążania i dalej jak w teście A, W przypadku badań zgodnie z testem A każdorazowo po wykonaniu 5 cykli obciążenia w danym etapie maszyna była zatrzymywana na kilka sekund (przy sile równej zero), w ciągu których dokonywano zmiany parametrów sterowania maszyną na nowy poziom obciążenia, następnie ponownie uruchamiana na nowym (większym) zakresie odkształceń. Zarejestrowane pętle histerezy na kolejnych poziomach odkształceń przedstawia rys. 4. 5

6 .4 ε.4 ε ε ε a) test A b) test B Rys. 3 Zmiany wartości maksymalnej i minimalnej odkształcenia (spektrum obciążeń) w testach A i B (w dwóch układach współrzędnych) -.4 Przedstawiono jedną z pierwszych i jedną z ostatnich pętli histerezy właściwych dla każdego z 5-cyklowych etapów badań (tj. odpowiadające początkowi i końcowi każdego etapu testu). Dla najmniejszego poziomu odkształceń (.16 % - pierwsze 5 cykli) widać nieznaczną zmianą amplitudy naprężeń w ciągu 5 cykli. W kolejnych etapach testu następował wzrost poziomu naprężeń w pętlach histerezy wraz ze zmianą zakresu odkształceń - znaczniejszy w pierwszych etapach, w zakresie sprężystym zależności ε σ i mniejszy po przekroczeniu granicy plastyczności. Także zmiany amplitud naprężeń w ciągu poszczególnych 5 cykli są mniejsze w pierwszych etapach i znaczniejsze w dalszych etapach (z wyraźnym osłabianiem się materiału - zachowana jest tendencja z rys. 1 o szybszym spadku amplitud naprężeń wraz ze wzrostem zakresu odkształceń). Generalnie widać odwzorowanie warunków badań, symetrię i regularność uzyskanych pętli histerezy na wszystkich poziomach odkształceń. 6

7 1 σ[mpa] σ [MPa] Rys. 4 Zarejestrowane pętle histerezy oraz wartości maksymalnej i minimalnej naprężeń dla próbki badanej wg testu A W przypadku badań według testu B, z obciążaniem w zakresie odkształceń ε = const na kolejnych poziomach odkształceń w odwrotnej kolejności jak w teście A, odtworzono najpierw 283 cykli na największym poziomie - próbka badana w teście A w ostatnim etapie na poziomie odkształcenia ±.37 % wytrzymała 283 cykle przed pęknięciem, a dla kolejnych mniejszych poziomów wykonano już pełne 5-cyklowe etapy. Przebiegi zarejestrowanych pętli histerezy dla tego testu przedstawia rys. 5. W kolejnych etapach testu mimo malejących zakresów odkształcenia poziom naprężeń nie zmieniał się proporcjonalnie jak w porównaniu z rys. 4 i nie wykazywał cech charakterystycznych dla porównywanego testu A (rys. 5). Przy porównywalnej szerokości i kształcie pętli histerezy dla największego zakresu odkształceń na rys. 4 i 5 (tj. w ostatnim etapie testu A i pierwszym etapie testu B), kolejne pętle w teście B miały większe szerokości jak odpowiednie pętle w teście A o tym samym zakresie odkształceń. Fakt ten wynika z występowania efektu pamięci badanego materiału i znalazł również swoje odzwierciedlenie w zmniejszeniu (o około 3%) trwałości próbki (z 3783 cykli do 2714 cykli) - próbka uległa zniszczeniu wcześniej w porównaniu z próbką z testu A i nie były wykonywane badania na wszystkich poziomach odkształceń jak w teście A - test zakończono na poziomie odkształcenia ±.22 %. Próba sumowania uszkodzeń wg Palmgrena- Minera da w tych przypadkach różne wyniki. 7

8 1 σ[mpa] σ [MPa] Rys. 5 Pętle histerezy oraz wartości maksymalnej i minimalnej naprężeń dla próbki badanej wg testu B Dla weryfikacji, jaki wpływ na przebieg niskocyklowego zmęczenia badanych materiałów mają wstępne przeciążenie lub dociążenie wykonano testy C. Próbki poddano w pierwszych 2 cyklach przeciążeniu lub dociążeniu (zadając odkształcenia +1 lub -1 %) i następnie badano analogicznie jak w testach A. Pierwszy test (C-1) wykonano zadając wstępne obciążenie 2 cyklami rozciągającościskającymi ±1 %. Uzyskane przebiegi pętli histerezy w tym przypadku przedstawia rys. 6a - widać wyraźną asymetrię spowodowaną wstępnym obciążeniem. Położenia wierzchołków pętli histerezy dla maksymalnego i minimalnego poziomu obciążeń w kolejnych etapach testu różnią się w porównaniu z wyjściowym testem A. Poziom naprężeń minimalnych zmieniała się w znacznie mniejszym zakresie niż maksymalnych. Także występuje wyraźna asymetria względem początku układu współrzędnych dla pętli histerezy odpowiadających najmniejszym zakresom odkształceń. Dla większych zakresów odkształceń kształt pętli zbliża się (poprzez ciągły wzrost naprężeń maksymalnych) ponownie (jak w testach A) do symetrycznego. Test ten wykonano bez zerowania ekstensometru po zrealizowaniu wstępnych obciążeń. Jeśli jednak ekstensometr był zerowany po wstępnych obciążeniach (test C-2) to przebiegi pętli histerezy miały postać jak na rys. 6b. W tym przypadku pętle są symetryczne względem początku układu współrzędnych. Zmiany maksymalnego i minimalnego poziomu obciążeń nadal są odmienne niż w teście A, generalnie ich wartości wzrosły o ok MPa w stosunku do testu C-1 (były większe także jak w porównywalnym teście A) i dopiero dla 8

9 maksymalnego zakresu odkształceń można mówić o identyczności przebiegów pętli histerezy dla obu przypadków C-1 i C-2. Trwałości próbek w tych testach wyniosły odpowiednio 3845 (test C-1, bez zerowania) i 395 (test C-2, z zerowaniem) cykli, tj. wzrosła ona nieznacznie w pierwszym przypadku i zmalała o ok. 2 % w drugim, w stosunku do próbki badanej tylko testem A (bez wstępnych obciążeń cykle). 1 σ[mpa] σ[mpa] test C-1 test C-2 1 σ[mpa] 1 σ[mpa] test C-3 test C-4 Rys. 6 Wybrane pętle histerezy dla próbek badanych wg testów C 9

10 Wyniki analogicznych testów (C-3 i C-4) ale poprzedzonych wstępnym obciążeniem rozciągającym (w zakresie odkształceń od do +1 %) przedstawiają wykresy 6c i 6d. Widać podobieństwo wykresów z rys. 6a i 6c (testy bez zerowania). Próbka z obciążeniem wstępnym tylko rozciągającym (rys. 6c) wytrzymała o jeden etap badań więcej cykli. Pętle histerezy z rys. 6c i 6d są węższe od tych z rys. 6a i 6b a odpowiadające im trwałości większe (odpowiednio 423 i 4977 cykli). Tak więc testy C-1, C-3 i C-4 spowodowały przedłużenie trwałości próbek w stosunku do testu A. W teście C-2 poziom odkształcenia jakie zostało wyzerowane (tj. odkształcenia próbki po 2 cyklach wstępnego obciążenia) był bardzo duży i wynosił +.7 %, w związku z czym badanie próbki przebiegło w zakresie większych naprężeń rozciągających i to spowodowało obniżenie końcowej trwałości próbki przy wyzerowaniu ekstensometru. Analogiczny poziom odkształcenia wyzerowania w teście C-4 wynosił tylko +.27 %. W przypadku, gdy zastosowano wstępne obciążenie ściskające (w zakresie odkształceń od -1 do % - test C-5) i następnie zerowanie ekstensometru odpowiednie przebiegi pętli histerezy przedstawia rys. 7. Widać generalnie dalsze obniżenie poziomu naprężeń w poszczególnych pętlach histerezy - a w przypadku naprężeń minimalnych nawet o ok. 35 i 25 MPa w stosunku do testów C-2 i C-4. Trwałość próbki w tym przypadku wyniosła 355 cykli - wzrosła w stosunku do testu C-2 (ze względu na mniejszy poziom naprężeń maksymalnych przy zbliżonym zakresie naprężeń σ) i zmalała w stosunku do testu C-4 (mimo nieco mniejszego poziomu naprężeń maksymalnych, ale przy znacznie większym zakresie naprężeń σ). 3. Analiza wyników Jak widać zastosowane przeciążenie lub dociążenie wprowadziło asymetrię do uzyskanych wyników w porównaniu z wynikami testu A - zarówno co do przebiegu w pierwszych 5 cyklach dla najmniejszego zakresu odkształceń jak i w dla pozostałych etapów testu. Wyraźnie w tych przypadkach zmiana wielkości amplitud w kolejnych cyklach obciążenia dotyczy jednej (maksymalnej lub minimalnej wartości), podczas gdy druga z nich zmienia się znacznie mniej. 1

11 1 σ[mpa] Rys. 7 Pętle histerezy dla próbki badanej wg testu C-5 Tylko w przypadku test ze wstępnym obciążeniem ściskająco-rozciągającym (test C-2) można mówić o wystąpieniu osłabienia próbki w ciągi kilku etapów testu przed jej zniszczeniem - co było charakterystyczne dla testu A. We wszystkich przypadkach widać dążenie materiału do uzyskania symetrycznego kształtu pętli histerezy w ciągu kolejnych etapów testów, niezależnie od tego, które naprężenia (maksymalne czy minimalne) w wyniku wstępnych obciążeń były bezwzględnie większe. Można wysunąć hipotezę, że osłabianie się materiału, charakterystyczne dla testów standardowych LCF i testu A, następowało po osiągnięciu symetrii pętli histerezy. Efekt ten związany z zastosowanymi wstępnymi cyklami obciążającymi można porównać do efektu opóźnień rozwoju pęknięć zmęczeniowych. Zakres jego działania, opis mechanizmu, charakterystyczne cechy możliwe byłyby do określenia po przeprowadzeniu badań na większą skalę, w tym także poważniejszych badań strukturalnych. Widać generalnie, iż niezależnie od tego, jaki wyjściowy poziom naprężeń był w danym teście (wynikający z odpowiedniej sekwencji obciążeń wstępnych), końcowy poziom (przed zniszczeniem próbki) był w przybliżeniu jednakowy dla wszystkich próbek. Interesującym może być zbadanie postaci tych deformacji (poziomu deformacji, ilości cykli i częstotliwości lub czasu ich zadania, temperatury deformowania itp.) na kształt pętli histerezy w trakcie testów niskocyklowych. Oczywiście równie ważne jest poznanie wpływu omawianych deformacji i ich postaci na końcową trwałość zmęczeniową konstrukcji. 11

12 Szczególnie może mieć to znaczenie w przypadku znacznych przeciążeń lub dociążeń spotykanych w trakcie eksploatacji. Niniejsza praca wskazuje, że nawet pojedyncze deformacje mogą dawać rejestrowalny efekt. 4. Wnioski W pracy przedstawiono wyniki analizy przebiegu badań niskocyklowego zmęczenia pod kątem historii obciążeń, jakim poddane były badane próbki. Efekt historii obciążeń w badaniach niskocyklowego zmęczenia jest mierzalny poprzez zapisy standardowych parametrów tych badań. Wskazano na charakterystyczne przebiegi parametrów rejestrowanych podczas takich badań (pętle histerezy, amplitudy obciążeń) dla stopu tytanu WT3-1. Wykazano, że rejestracja zmian pętli histerezy w trakcie realizacji testów na niskocyklowe zmęczenie może być źródłem informacji na temat wystąpienia, bądź nie, wstępnej (lub np. eksploatacyjnej) deformacji materiału próbki lub elementu konstrukcji. Można więc mówić o jednoznaczności odwzorowania kształtu pętli histerezy w funkcji historii obciążenia. Dokładniejsze rozpoznanie tego zjawiska może mieć znaczenie diagnostyczne, szczególnie jeśli odnieść je np. do metod kontroli trwałości konstrukcji według stanu, gdzie decyzje diagnostyczne podejmowane są na podstawie rzeczywistych parametrów rejestrowanych bezpośrednio na eksploatowanym obiekcie. Z analizy uzyskanych wyników wynika, że ponieważ badacz przystępujący do badań elementu konstrukcji lub próbki materiału nie zawsze ma (z różnych przyczyn) pełną wiedzę o tym, w jakim stanie (odkształcenia/deformacji lub po innych efektach eksploatacyjnych) znajduje się badany materiał, to badania przeprowadzone w dobrej wierze i warunkach, mogą być obarczone błędem - końcowa trwałość może nie odpowiadać rzeczywistej. Zerując przyrządy pomiarowe na elementach konstrukcji lub próbkach wprowadzany jest własny punkt odniesienia, dla mierzonych wielkości, nie związany z historią badanego elementu. Jednym ze sposobów kontroli w tym zakresie (np. co do jakości badanych materiałów lub wystąpienia kontrolowanych lub niekontrolowanych efektów eksploatacyjnych lub losowych) może być, opisana w pracy, szczegółowa analiza kształtu i zmian pętli histerezy w trakcie badań. 12

13 Literatura: 1. Problemy badań i eksploatacji techniki lotniczej, t.2, praca zbiorowa pod redakcją J.Lewitowicza, J.Borgonia, W.Ząbkowicza, Wyd. ITWL, Mishnaevsky L.L. jr: Methods of the theory of complex system in modelling of fracture: a brief review, Engng.Fract.Mech., Vol.56, No.1, pp.47, Fuchs H.O., Stephens R.I.: Metal fatigue in engineering, A Wiley-Interscience Publication, Kocańda S., Szala J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych, PWN, Warszawa, Polák, J.: Cyclic Plasticity and Low Cycle Fatigue Life of Metals. Materials Science Monographs, Vol.63. Elsevier, Amsterdam, Polák J., Klesnil M., Helešik J.: The hysteresis loop.2.analysis of the loop shape. Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct., Vol.5, pp.33-44, Kaleta J.: Cykliczne odkształcenie plastyczne jako przyczyna przemiany martenzytycznej w stalach austenitycznych, XVI Sympozjum nt. Zmęczenie i mechanika pękania materiałów i konstrukcji, Wyd. ATR Bydgoszcz, s.99-12, Lee M.H., Wang Z.J., Zhon A.H., Wu F.F.: Effect of proportional overloading on the life of low cycle fatigue crack initiation of strain-controled member, Mechanical Behaviour of Materials-V, Fifth Int.Conf., Beijing, China, pp , Mroziński S.: Przewidywanie trwałości zmęczeniowej w zakresie niskocyklowego zmęczenia podczas obciążeń nieregularnych. XVII Sympozjum Zmęczenia Materiałów i Konstrukcji, Bydgoszcz-Pieczyska, 1998, s Kocańda S., Kocańda A.: Niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa metali, PWN, Warszawa, Goss Cz.: Doświadczalna i teoretyczna analiza własności stali o podwyższonej wytrzymałości w zakresie małej liczby cykli obciążenia, Biuletyn WAT Nr 11, Warszawa, Sobczykiewicz W.: Metoda oszacowania okresów przeglądowych silnie obciążonych węzłów konstrukcji stalowej na przykładzie połączenia skrzydło-kadłub wybranego samolotu, Praca n-b. PW nr 121/51/119/9, Warszawa, Gassner E., Schutz W.: The significance of constant load amplitude tests for the fatigue evaluation of aircraft structures, Pergamon Press, Szala J.: Ocena trwałości zmęczeniowej elementów maszyn w warunkach obciążeń losowych i programowalnych. Zeszyty Naukowe ART, Mechanika 2, Recommended practices for monitoring gas turbine engine life consumption, RTO/AGARD-WG 28, ASTM Description E 66-8: Standard Recommended Practice for Constant-Amplitude Low-Cycle Fatigue Testing 13

14 Low-cycle fatigue investigation of WT3-1 titanium alloy in variable load sequence condition Abstract The influence of cyclic loading sequence and different pre-load cycles on low-cycle fatigue endurance of titanium alloy WT3-1 has been presented in this paper. Tests have been carried out using hourglass specimens, 6mm diameter, made of 2 mm forging titanium bars use to compressor blades preparation, frequency was 1Hz, with transverse strain range loading control ε = const. Mechanical properties of tested material were as follow: Young modulus E = 125 MPa, yield strength R 2 = 13 MPa, tensile strength R m = 153 MPa. For standard low-cycle tests results a Manson-Coffin curve parameters was estimated. Loading effects on the shape of hysteresis loops, material softening/hardening phenomena and specimen fatigue life have been described, made comparison with the results of standard LCF tests. In particular, the influence of growing or decreasing loads steps (5-cycles strain levels ±.16, ±.19, ±.22, ±.25 % and so on) has been analyzed. Moreover, the tension or compression pre-load cycles effect in these tests has been investigated. The changes in hysteresis loops asymmetry, width and amplitude contain information connected with load history and sequence. In conclusion it was found that it is possible to unique connection of the shape of hysteresis loops in low-cycle tests and its changes with load sequences or pre-load history. It is important for components operating process control and evolution. 14