Effect of mean stress on hydrogen assisted fatique crack propagation in duplex stainless steel

• Published in: Acta metallurgica et materialia 1991, Vol.39 (6), p.1367-1376
• Main Authors: Marrow, T.J., Hippsley, C.A., King, J.E.
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0956-7151; 1873-2879
• DOI: 10.1016/0956-7151(91)90224-O

Hydrogen assisted subcritical cleavage of the ferrite matrix occurs during fatigue of a duplex stainless steel in gaseous hydrogen. The ferrite fails by a cyclic cleavage mechanism and fatigue crack growth rates are independent of frequency between 0.1 and 5 Hz. Macroscopic crack growth rates are controlled by the fraction of ferrite grains cleaving along the crack front, which can be related to the maximum stress intensity, K max. A superposition model is developed to predict simultaneously the effects of stress intensity range ( ΔK) and K ratio ( K min/ K max). The effect of K max is rationalised by a local cleavage criterion which requires a critical tensile stress, normal to the {001} cleavage plane, acting over a critical distance within an embrittled zone at the crack tip. Un clivage sous-critique, assisté par l'hydrogène, d'une matrice ferritique se produit pendant la fatigue d'un alliage inoxydable biphasé dans l'hydrogène gazeux. La ferrite casse par un mécanisme de clivage cyclique et les vitesses de croissance des fissures de fatigue sont indépendantes de la fréquence entre 0, let 5 Hz. Les vitesses macroscopiques de croissance des fissures sont contrôlées par la fraction de grains de ferrite qui se clive sur le front de la fissure, fraction qui peut être reliée à l'intensité maximale de la contrainte K max. On développe un modéle de superposition pour prévior simultanément les effets de la gamme d'intensité de contrainte ( ΔK) et du rapport R ( K min/ K max). L'effet de K max est rationalisé par un critère de clivage local qui exige une contrainte critique de traction, normale au plan de clivage (001), agissant sur une distance critique à l'intérier d'une zone fragilisée à l'extrêmité de la fissure. Wasserstoffgestütztes unterkritisches Spalten der Ferritmatrix tritt während der Ermüdung eines rostfreien Duplexstahles in gasförmigem Wasserstoff auf. Der Ferrit bricht über einen zyklischen Spaltungsmechanismus; die Riβwachstumraten hängen zwischen 0, 1 und 0,5 Hz nicht von der Frequenz ab. Die Riβwachstumsraten makroskopischer Risse werden bestimmt vom Anteil der sich entlang der Riβfront spaltenden Ferritkörner; dieser Anteil kann mit der maximalen Spannungsintensität K max in Verbindung gebracht werden. Ein Überlagerungsmodell wird entwickelt, welches gleichzeitig den Einfluβ des Bereiches ΔK der Spannungsintensität und dar R-Verhältnis min/ K max voraussagt. Der Einfluβ von K max wird beschrieben mit einem Kriterium der lokalen Spaltung, welc