Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent
Department of Materials Science and Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date
2011-09-01
Closing date
2015-08-31
Funding (in million HUF)
22.335
FTE (full time equivalent)
2.80
state
closed project
Summary in Hungarian
Kutatómunkám során tanulmányoznám egy-egy jellemző karbid-, ferrit- és ausztenitképző ötvöző hatását a léces martenzit orientációs viszonyaira és kialakulásának mechanizmusára. A témában hazánkban a közelmúltig nem indult átfogóbb jellegű kutatómunka, a nemzetközi szakirodalomban pedig az ötvözők szerepéről a léces martenzit kialakulásában viszonylag kevés cikket lehet olvasni. A léces (angolul: „lath”) martenzit kis karbon- (<~0,5 wt%) és ötvözőtartalmú acélokban keletkezik azok gyors hűtése során. A léces martenzit nevét jellegzetes struktúrájáról kapta, amelyet a következőképpen lehet leírni: az ausztenit krisztalliton belül ún. csomagok (angolul: „packet”) alakulnak ki, amelyek tkp. martenzitlécek ugyanazon habitussíkkal. Minden egyes csomag blokkokból áll, amelyek tkp. lécek (angolul: „lath”) egy csoportja ugyanazon kristálytani orientációval. A martenzit léc pedig végső soron egy martenzit egykristály sok kristálytani defektussal (nagy diszlokációsűrűséggel). A szerkezeti anyagok szilárdsága és szívóssága erősen függ a mikroszerkezetüktől, vagyis ezen keresztül a léces martenzit morfológiájától (a csomagok és blokkok méreteitől), ezért a téma kutatásának van létalapja. A kutatómunka várt eredményei azok a kapcsolatok, törvényszerűségek lennének, amelyeket a vizsgálandó ötvözők gyakorolnak a mikrotextúra jellemzőire, ezáltal a léces martenzit kialakulásának viszonyaira. Ezek az eredmények alkalmazhatók lennének a vasalapú martenzites szerkezeti anyagok esetén.
Summary
During my research project I would study the influence of some typical carbide, ferrite and austenite forming alloying elements on the orientation relationships and formation mechanism of lath martensite. In this research area there had not been any overall similar project until the recent past in Hungary, and the influence of the alloying elements on the forming of lath martensite has been studied poorly in the international literature. Lath martensite forms in steels with low carbon (<~0,5 wt%) and alloying element content due to quenching. Lath martensite was named after its specific structure what can be written as follows: an austenitic crystallite consists of packets what are martensite laths with the same habit plane. Every single packet consists of blocks what are groups of laths with the same crystallographic orientation. A martensitic lath is a single crystal with numerous crystallographic defects (with high dislocation density). The strenght and toughness of structural materials mainly depends on their microstructure, so the morphology of lath martensite (size of packets and blocks), therefore the research of this area is very important. The expected results of my research would be those relations, laws by what the effects of studying alloying elements on the main parameters of microtexture, as on the formation relations of lath martensite would be written. Those results would be applied in the ferrous structural materials in practice.
Final report
Results in Hungarian
Kiváló minőségű EBSD-felvételekhez az előzetesen polírozott felületet 24-30 percig kell 10 keV energiájú Ar-ionokkal bombázni 7°-os beesési szöggel, ami jóval hosszabb, mint más tiszta fémek esetén.
A martenzites átalakulás során képződött variánsokat sikerült azonosítani pólusábrák segítségével. Ezek kimutatták, hogy a mintákban az ausztenit és a ferrit közötti kapcsolatot a Kurdjumov-Sachs orientációs kapcsolat írja le. A kiindulási ausztenit krisztallitok mérete 20-200 µm között változik. Az egyes martenzitlécek vastagsága néhány µm. Ezek függetlenek a minták összetételétől.
TEM felvételek kimutatták, hogy a martenzitlécek 50-100 nm méretű szubszemcséket tartalmaznak. Ez egyezik az XLPA segítségével meghatározott átlagos krisztallitmérettel (71 nm).
Egy szoftvert fejlesztettünk, amely diszlokációsűrűséget számol a szomszédos képpontok közötti 0,5-5° közé eső orientációkülönbségekből. A különböző variánsokban számolt diszlokációsűrűségek között nincs nagy különbség.
A diszlokációsűrűség az alkalmazott lépésköz csökkentésével nő. Ez a martenzitlécek szubszemcse-szerkezetével magyarázható, amit a TEM felvételek kimutattak. Mivel ezen szubszemcsék mérete 100 nm alatt van, ezért a legmegbízhatóbb értéket a diszlokációsűrűségre a legkisebb alkalmazott lépésközzel kapjuk. Ez jól megegyezik az XLPA során kapott eredménnyel. Mivel EBSD-vel csak a geometriailag szükséges diszlokációk sűrűségét tudjuk meghatározni, ezért a mintákban a diszlokációk többségét ezek alkotják.
Results in English
For the high quality EBSD pattern the previously polished surface of the samples should be ion milled for 24-30 minutes by a 10 keV Ar-ion beam at 7° angle of incidence, what is much longer than in the case of other pure metals.
The variants formed due to martensitic transformation were identified from the pole figures obtained by EBSD. They revealed the Kurdjumov-Sachs orientation relationship between the austenitic and ferritic phases. The size of parent austenite grains varies between 20-200 µm. The thickness of laths was a few µm.
TEM revealed that the laths contain subgrains with the size varying between 50-100 nm. It is in agreement with the average crystallite size value (71 nm) determined by XLPA.
For the determination of the dislocation density the misorientations in the EBSD images were evaluated. Only the misorientations in the range of 0.5-5° were used in the evaluation. No significant difference was obtained between the average dislocation densities in the different variants.
Dislocation density increased with decreasing the step size. It can be explained by the fine subgrain structure in the laths, as revelaed by TEM. Since the subgrain size is under 100 nm, the more reliable dislocation density was obtained with the smallest step size. It is in good agreement with the value determined by XLPA. As EBSD determines only geometrically necessary dislocations (GND), it can be concluded that the majority of dislocations are GNDs in the present lath martensite.
