Extruze a intruze v unavovaných kovech: část 2. Studie raného růstu extruzí a intruzí v oceli 316L unavované za pokojové teploty s využitím metody AFM a EBSD

Extrusions and intrusions in fatigued metals: Part 2. AFM and EBSD study of the early growth of extrusions and intrusions in 316L steel fatigued at room temperature

journal article - other

en

Early stages of surface relief evolution of persistent slip markings (PSMs), formed in areas where persistent slip bands (PSBs) intersect the free surface, in polycrystalline 316L stainless steel cycled with constant plastic strain amplitude were studied using atomic force microscopy (AFM) and electron backscattering diffraction (EBSD). Focused ion beam (FIB) technique was employed to obtain additional, more detailed information on the shape of PSMs. To reveal true qualitative and quantitative information on the simultaneous growth of intrusions and extrusions within individual PSMs, identical areas both on the specimen surface and on its inverse copy obtained via plastic replica were studied using AFM. Intrusions are preceded by extrusions regardless of orientation of individual grains of the polycrystal. The first intrusions appear largely around 1% of fatigue life at the moment when 'static' extrusions are developed. They appear predominantly but not exclusively at the side of extrusions where the emerging active slip plane is inclined to the surface at an acute angle. They grow faster than the stage of stable extrusion growth. Typical morphology of mature PSMs developed at 15% of fatigue life consists of ribbon-like extrusions accompanied by two thin parallel intrusions along both PSB-matrix interfaces. Experimental data on the morphology and growth of extrusions and intrusions are discussed in relation to the theoretical models and computer simulations of surface relief evolution leading to fatigue crack initiation.

S pomocí mikroskopie atomárních sil (AFM) a difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD) byla studována raná stádia vývoje povrchového reliéfu perzistentních skluzových znaků (PSM) vznikajících v oblastech, kde perzistentní skluzové pásy protínají volný povrch. Experimentálním materiálem byla polykrystalická korozivzdorná ocel 316L, která byla zatěžována v módu konstantní plastické deformace. Pro získání dodatečné detailnější informace o profilu PSM byla využita technika ablace koncentrovaným svazkem iontů (FIB). Aby byl získán skutečný (kvalitativně i kvantitativně) průběh současného růstu intruzí a extruzí v PSM, bylo pozorování pomocí AFM prováděno na identických místech na povrchu vzorku a zároveň na jeho inverzním obraze na kolodiové replice. Intruze vždy následují extruze nezávisle na orientaci jednotlivých zrn polykrystalu. První intruze se objevují převážně okolo 1% únavového života a to v momentě, kdy jsou vyvinuty "statické" extruze. Objevují se převážně, avšak nikoli výhradně, na té straně extruzí, kde daná aktivní skluzová rovina svírá s povrchem vzorku ostrý úhel. Intruze pak rostou rychkeji, než předtím stabilní extruze. Typická morfologie vyvinutých PSM vzniklých v 15% únavového života sestává ze stuhovitých extruzí lemovaných dvěma tenkými rovnoběžnými intruzemi podél obou rozhraní PSM – matrice. Jsou uvedena experimentální data o morfologii a růstu intruzí a extruzí, která jsou diskutována v souvislosti s teoretickými modely a počítačovými simulacemi vývoje povrchového reliéfu, vedoucímu k iniciaci únavové trhliny.

Early stages of surface relief evolution of persistent slip markings (PSMs), formed in areas where persistent slip bands (PSBs) intersect the free surface, in polycrystalline 316L stainless steel cycled with constant plastic strain amplitude were studied using atomic force microscopy (AFM) and electron backscattering diffraction (EBSD). Focused ion beam (FIB) technique was employed to obtain additional, more detailed information on the shape of PSMs. To reveal true qualitative and quantitative information on the simultaneous growth of intrusions and extrusions within individual PSMs, identical areas both on the specimen surface and on its inverse copy obtained via plastic replica were studied using AFM. Intrusions are preceded by extrusions regardless of orientation of individual grains of the polycrystal. The first intrusions appear largely around 1% of fatigue life at the moment when 'static' extrusions are developed. They appear predominantly but not exclusively at the side of extrusions where the emerging active slip plane is inclined to the surface at an acute angle. They grow faster than the stage of stable extrusion growth. Typical morphology of mature PSMs developed at 15% of fatigue life consists of ribbon-like extrusions accompanied by two thin parallel intrusions along both PSB-matrix interfaces. Experimental data on the morphology and growth of extrusions and intrusions are discussed in relation to the theoretical models and computer simulations of surface relief evolution leading to fatigue crack initiation.

únava; ocel 316L; AFM; EBSD; FIB; perzistentní skluzové pásy; perzistentní skluzové znaky; extruze; intruze

fatigue; 316L steel; AFM; EBSD; FIB; persistent slip band; persistent slip marking; extrusion; intrusion

2009

01.06.2009

Taylor and Francis

London

1478-6435

PHILOSOPHICAL MAGAZINE

89

16

1337–1372

36