Defects in Austenitic Steels and Hard Metals - A DFT-based Study

Tid: Fr 2020-06-05 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_uqGMc4x8QwWk4TPfSb5TFA, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap

Respondent: Ruiwen Xie , Tillämpad materialfysik, Applied Materials Physics

Opponent: Professor Ilja Turek,

Handledare: Professor Levente Vitos, Tillämpad materialfysik

Abstract

Järn-Mangan (Fe-Mn)-baserade twinning induced plasticity (TWIP) stål är en kategori av austenitiska material som har en kombination av hög hållfasthet och god duktilitet. För att få en mer tydlig bild av olika roller som spelas av defekter i Fe-Mn-baserade legeringar med ytcentrerad kubisk struktur (fcc), specifikt deras effekter på mekaniska egenskaper och magnetiska strukturer, beräknas först γ- ytan för rent γ-Fe vid olika magnetiska tillstånd. Därefter behandlas effekterna av legeringsämnet mangan och de interstitiella legeringsämnena kol (C) och kväve (N).

γ-ytan innehåller flera framstående staplingsfelenergier som är grundläggande för att, till exempel, förutsäga kritisk spänning för tvilllingbildning och twinnability . Vi jämför γ-ytan som erhålls vid olika magnetiska tillstånd, inklusive ickemagnetisk (NM), paramagnetisk (PM), antiferromagnetiskt enkelskikt (AFMI) och dubbelskikt (AFMD). Det har visat sig att det lokala magnetiska momentet väsentligt påverkar γ-ytan. Dessutom resulterar den befintliga antiferromagnetiaka (AFM) ordningen i två olika deformationsvägar i γ-Fe. De två olika deformationsvägarna leder till generering av intrinsiska supergitterstaplingsfel (SISF) respektive komplexa staplingsfel (CSF), där den intrinsiska staplingsfelenergin motsvarande SISF är relativt lägre medan den motsvarande instabila staplingsfelenergin är relativt högre. Vi undersöker sedan de magnetiska strukturerna nära det instabila staplingsfelet och det intrinsiska staplingsfelet med Monte Carlo (MC) simuleringar. Vi fann att närvaron av stapelfel ändrar fördelningen av magnetiska moment för på bulkmaterial. Och i verkligheten är det bara SISF som är gynnsamma med avseende på CSF, men de två distinkta instabila stapelfelkonfigurationerna kan samexistera.

Effekten av Mn på γ-ytan för γ-Fe studeras vidare i AFMI-tillståndet och kristall-tetragonaliteten beaktas. Jämförelsen med experimentellt uppmätt staplingsfelsenergi (SFE) beroende av Mn-innehållet visar att AFMI-resultaten reproducerar den trend som observeras experimentellt i hög-Mn Fe-Mn-legeringar bättre än PM-resultaten. Vidare undersöks effekterna av de interstitiella legeringsämnena C och N på γ-ytan för γ-Fe och ingen märkbar skillnad observeras mellan C och N-tillsats. Vi beräknar lägsta migrationsenergiban (MEP) och migrationsenergi yta (MES) för C i dislokationskärnan i AFMD γ-Fe. Vi föreslår att ett par partiella förflyttningar kan flytta C-atomer framåt på glidplanet med en hel Burgers-vektor. Vid staplingsfelsbandet och speciellt nära den partiella dislokationskärnan minskas dessutom energibarriärerna för C-diffusion betydligt jämfört med den i bulk, vilket ger en snabbdiffusionskanal för C. På liknande sätt visar inte N-diffusionsbeteendet någon signifikant skillnad jämfört med C, vilket indikerar att orsaken till att N undertrycker dynamic strain aging (DSA) medan C främjar DSA inte kan förstås fullständigt från nuvarande termodynamisk forskning.

Slutligen presenterar vi också en teoretisk studie där vi använder de beräknade effekterna av inlöst C och volfram (W) på det totala magnetiska momentet för en FeNi-bindefas i hårdmetall för att framgångsrikt beräkna W-koncentration i bindefasen vilket möjliggör icke-förstörande kvalitetskontroll.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273258