The behavior of small fatigue cracks at notches in corrosive environments

The behavior of small cracks growing out of the roots of blunt notches in compact type specimens of an austenitic steel was characterized under fatigue loading in wet H ₂ plus air environment. The growth rates of cracks in the size range of 0.125 mm to 0.75 mm were up to two orders of magnitude higher than the rates expected for conventional cracks at equal stress intensity range, K. It was also observed that the small cracks grew at these fast rates only in corrosive environments when the loading frequency was 0.02 Hz or less. At a frequency of 10 Hz, the behavior was in agreement with the trend predicted for conventional size cracks.The above observations are rationalized in terms of the breakdown of the concept of a single parameter representation of the crack tip stress and strain field by K or in terms of differences in crack tip environments between small and long cracks for the same bulk environment. A simple engineering model is proposed which adequately represents the observed small crack growth behavior.

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Résumé On a procédé à la caractérisation, sous charges de fatigue en atmosphère humide de H ₂ et d'air, de petites fissures se développant à partir des racines d'entailles arrondies dans des éprouvettes compactes.Les vitesses de croissance des fissures d'une taille allant de 0,125 à 0,750 mm se sont révélé être de deux ordres de grandeur plus grandes que les vitesses prévues dans le cas de fissures conventionnelle, soumises aux mêmes variations de l'intensité de contrainte K. On a également observé que de petites fissures croissaient à ces grandes vitesses seulement dans des atmosphères corrosives, lorsque la fréquence de sollicitation était de 0,02 Hz ou moins. A la fréquence de 10 Hz, le comportement observé s'est trouvé en accord avec les tendances prévues pour des fissures de taille conventionnelle.Les observations ci-dessus sont rationnalisées en un élargissement du concept de représentation monoparamétrique par le facteur K du champ de contraintes et de dilatation à l'extrémité de la fissure, ou en termes des différences rencontrées dans l'environnement local de l'extrémité d'une fissure, selon que celle-ci est longue ou courte, et ce dans un même environnement global.On propose un modèle simple utilisable en pratique, pour représenter de manière adéquate le comportement à la croissance observé pour des petites fissures.

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Metallurgy Department