Master's Thesis

Mechanical properties of wrought and additively manufactured Ti-6Al-4V ELI alloys after exposure to a hydrogen environment

Final Thesis 3.94 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Preč

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Libor Válka, CSc.

Reviewer: Ing. Roman Štěpánek, Ph.D.

Abstract:

This thesis examines the effect of hydrogen on the mechanical properties of the Ti-6Al-4V ELI alloy. For the experimental part of the study, the alloy was used in the form of a forged semi-finished product and in the form of material prepared using cold spray (CS) additive manufacturing technology. The mechanical properties were evaluated using the small punch test (SPT). Microstructural analysis, porosity analysis, fractographic analysis of fracture surfaces, and correlation of SPT results with tensile test results were performed. In the case of the forged material, hydrogen embrittlement was confirmed, manifested by a decrease in deformation capacity and changes in the pit morphology of the fracture. In the material prepared using additive technology, the effect of hydrogen on the mechanical properties was not significantly evident.

Keywords:

Ti-6Al-4V, hydrogen embrittlement, cold spray, small punch test, fractography

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval svoji diplomovou práci, byly přečteny posudky vedoucího práce a oponenta práce. Otázky oponenta: 1. otázka, i po upřesnění - zodpovězeno 2. otázka - zodpovězeno 3. otázka - zodpovězeno Otázky komise: Můžete vysvětlit, kde může dojít v praxi k vodíkování? Jakým mechanismes? (zodpovězeno) Mohou mít póry negativní efekt na zkřehnutí? (zodpovězeno) Jakým mechanismem působí negativně? (částečně zodpovězeno) Probíhá u elektrolytické metody pouze efekt vodíkování nebo i jiný efekt? (zodpovězeno) Míra navodíkování se hodnotila dle proudové hustoty. Ověřoval jste míru vodíkování jiným způsobem? (zodpovězeno) Jaká je vypovídající hodnota maximální síly protlačovací zkoušky versus lineární regrese? (částečně zodpovězeno) Autoři podobné studie došly ke stejnému závěru? Jaké bylo jejich vysvětlení a závěry? (zodpovězeno) Dále byly konzultovány nepřesnosti v práci.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Materials Science and Engineering

Study programme

Materials Engineering (N-MTI-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D. (předseda)
Ing. Lukáš Řehořek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Klára Částková, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc. (člen)
Ing. Martin Zelený, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Karel Maca, Dr. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Libor Válka, CSc.

Diplomová práce pana Bc. Jakuba Preče je orientována na hodnocení vlivu vodíku na titanovou slitinu Ti-6Al-4V ELI, připravenou jednak konvenční technologií, jednak technologií aditivní. Hodnocení bylo provedeno na základě výsledků penetračních testů na malých discích.

V teoretické části práce se autor v obecné rovině zabývá popisem principů penetračních zkoušek na malých discích a teorií vodíkové křehkosti se zaměřením na slitiny titanu. Ve druhé části práce jsou shrnuty výsledky mechanických zkoušek a fraktografických analýz, sloužících jako podklad pro diskusi a závěry, uvedené ve třetí části práce.

Pan Bc. Jakub Preč prokázal schopnost pracovat samostatně jak při studiu odborné literatury, tak při realizaci experimentů. Určité potíže měl autor při vlastním zpracování diplomové práce, zejména v oblasti jejího logického členění a formulování textu.

I přes uvedené připomínky práce splňuje požadavky kladené na diplomové práce, a proto ji doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Roman Štěpánek, Ph.D.

Předložená práce se zabývá vlivem vodíkového prostředí na mechanické vlastnosti titanové slitiny Ti-Al6-V4 ve dvou variantách – konvenčně připravená a aditivně připravená. Autor nejprve teoreticky popisuje metodu penetrační SP zkoušky, která byla v jeho práci použita k měření mechanických vlastností. Dále se věnuje vodíkové křehkosti a to jak obecně, tak především přímo v titanových slitinách, v závěru teoretické části autor popisuje metodu Cold Spray, která byla použita k aditivní výrobě zkoumaných vzorků. V experimentální části je popsána metalografická analýza výchozího materiálu v obou zkoumaných stavech a poté příprava samotných vzorků pro mechanické testování a jejich elektrochemické vodíkování. Ve výsledcích autor porovnává naměřené hodnoty v materiálu v obou stavech před a po vodíkování a dále řeší vliv vodíkování na mechanismus samotného lomu. V poslední části autor diskutuje získané výsledky a na základě těchto poznatků vyvozuje závěry. Práce je vcelku dobře logicky uspořádaná, obsahuje však některé nedostatky, které poněkud snižují její celkovou úroveň. Některým teoretickým aspektům by možná bylo vhodné věnovat více prostoru. Text je místy zmatečný, některé vyvození a závěry jsou nejasné a diskuze výsledků by mohla být rozsáhlejší. Dále se v práci objevuje určité množství chyb a to jak faktických, tak pravopisných i typografických, jedná se ale o chyby menšího významu. Citace vykazují taktéž mírnou nekonzistenci. Přes všechny výše uvedené výhrady ale práce splňuje zadané cíle a rozsah a proto ji doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Podrobněji popište a vysvětlete rozdíly mezi deflexí a posunutím měřených při penetrační SP zkoušce.
  2. Jakou metodou se měřila velikost póru? Uveďte nějakou další metodu, běžně používanou pro měření velikosti podobných útvarů (póry, zrna) a diskutujte, kdy je vhodné použít kterou metodu.
  3. Byl zjištěn nějaký jednoznačný vliv proudové hustoty nebo jiného parametru vodíkování na míru vodíkování materiálu?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová