Exploring how nitriding affects fatigue behaviour of additive manufactured titanium hierarchical porous structures
Project goals
The project is focused on preparation of titanium hierarchical porous structures by additive manufacturing based on material extrusion and polymerization and their subsequent nitriding to improve fatigue properties. The relationships between the preparation process, the resulting microstructure, and the micromechanisms of the fatigue process will be assessed based on detailed characterization, fatigue experiments, analytical calculations, and numerical modelling. The analysis of stress-strain hysteresis loops recorded in the accelerated block-cycle test will allow to find the optimal internal porosity and properties of the nitriding layer so as to significantly increase the length of the stages of initiation and propagation of fatigue cracks. The fatigue behaviour will be further studied by means of stress-controlled high-cycle test and subsequent fractographic analysis of fracture surfaces. The microstructural interpretation of the effect of nitriding on fatigue failure will be performed on the basis of numerical finite element calculations and physical models of fatigue processes.
Keywords
Material extrusionVat polymerizationTitaniumHierarchical Porous structureNitridingFatigueFinite Element Method
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202300001
Main participants
Vysoké učení technické v Brně / Středoevropský technologický institut
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
23-07879S
Alternative language
Project name in Czech
Výzkum vlivu nitridace na únavové chování aditivně vyrobených titanových hierarchických porézních struktur
Annotation in Czech
Projekt je zaměřen na přípravu titanových hierarchických porézních struktur additivními výrobními metodami na bázi extruze materiálu a polymerizace a jejich následnou nitridaci za účelem zlepšení únavových vlastností. Souvislosti mezi postupem přípravy, výslednou mikrostrukturou a mikromechanismy únavového procesu budou posouzeny na základě detailní materiálové charakterizace, rozsáhlých únavových experimentů, analytických výpočtů a numerického modelování. Analýza napěťově-deformačních hysterezních smyček zaznamenaných při zrychleném blokovém cyklickém testu umožní nalézt optimální vnitřní porozitu a vlastnosti nitridační vrstvy tak, aby došlo k výraznému navýšení délky etap iniciace a šíření únavových trhlin. Únavové chování výsledných struktur bude dále studováno pomocí vysokocyklových napěťově řízených zkoušek a následné fraktografické analýzy lomových povrchů. Mikrostrukturální interpretace vlivu nitridace na únavové porušování bude provedena na základě numerických konečněprvkových výpočtů a fyzikálních modelů únavových procesů.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
30404 - Biomaterials (as related to medical implants, devices, sensors)
OECD FORD - secondary branch
20506 - Coating and films
OECD FORD - another secondary branch
20501 - Materials engineering
EI - Biotechnology and bionics
JG - Metallurgy, metal materials
JK - Corrosion and material surfaces
JP - Industrial processes and processing
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2023
Realization period - end
Dec 31, 2025
Project status
K - Ending multi-year project
Latest support payment
Feb 29, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
4,955 thou. CZK
Public financial support
4,955 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
4 955 CZK thou.
Public support
4 955 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Biomaterials (as related to medical implants, devices, sensors)
Solution period
01. 01. 2023 - 31. 12. 2025