Stacking fault energy and deformation behaviour of austenitic stainless steels: a joint theoretical-experimental study

Tid: To 2019-11-28 kl 09.00

Plats: F3, Lindstedsvägen 26, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap

Respondent: Dávid Sándor Molnár , Tillämpad materialfysik

Opponent: Prof. Dr. Guocai Chai,

Handledare: Prof. Levente Vitos, Materialvetenskap, Tillämpad materialfysik, Tillämpad fysik; Prof. Göran Engberg, Högskolan Dalarna

Abstract

Austenitiska rostfria stål är främst kända för sin exceptionella korrosionsbeständighet. De har en ytcentrerad kubisk (FCC) struktur som stabiliseras genom att nickel, mangan eller kväve tillsätts till Fe-Cr legeringen. Fe-Cr-Ni-systemet kan utökas ytterligare genom tillsats av andra element såsom Mo, Cu, Ti, C, etc. för att förbättra egenskaperna. Eftersom austenitiska rostfria stål ofta används som konstruktionsmaterial är det viktigt att kunna förutsäga deras mekaniska egenskaper baserat på deras sammansättning, mikrostruktur, magnetiska tillstånd, etc. 

I denna avhandling är det plastiska deformationsbeteendet hos austenitiska rostfria stål undersökt med teoretiskt och experimentellt. I FCC material spelar staplingsfelsenergin (SFE) en viktig roll vid förutsägelsen och beskrivning av deformationsmekanism. Baserat på storleken av SFE kan olika deformationsmekanismer observeras, såsom martensitbildning, tvillingbildning, eller dislokationsglidning. Alla dessa funktioner påverkar beteendet, därför är det önskvärt att förutsäga och kontrollera deras förekomst. Legering och temperatur har stark inverkan på SFE och därmed legeringarnas mekaniska egenskaper. Flera modeller, baserade på SFE och mer nyligen på den så kallade generaliserade staplingsfelenergin (GSFE eller γ-surface), är tillgängliga för att förutsäga legeringens affinitet till tvillingbildning och den kritiska spänning som representerar den minsta upplösta skjuvspänningen som krävs för att initiera tvillingbildning. Man kan använda ab initio beräkningar baserade på täthetsfunktionalteori (DFT) för att beräkna GSFE för austenitiska stål och härleda parametrar som twinnability och kritisk tvillingsspänning.

Korrelation mellan staplingsfelenergi och deformationsbeteendet för fyra olika austenitiska rostavstavning stål diskuteras i detta arbete. SFE för de valda legeringarna erhålls genom ab initio beräkningar och baserat på olika modeller, deras tendens till tvillingbildning och den kritiska tvillingsspänningen kan förutsägas. Deras mekaniska beteende och affinitet till tvilling och martensitisk transformation kartläggs över ett brett temperaturområde (−70°C to +500°C) för de fyra legeringarna. De teoretiska förutsägelserna jämförs med resultat från dragprov och bakåtspridd elektrondiffraktion (EBSD). Flera konventionella och in situ dragprov utfördes för att verifiera de teoretiska resultaten. Vi utförde EBSD-mätningar på dragprov som avbrutits vid olika töjningar och efter brott samt med in situ dragprov för att följa utvecklingen av mikrostrukturen noggrant. Vi tar hänsyn till de inre energibarriärernas roll i våra förutsägelser och presenterar ett nytt sätt att experimentellt få GSFE av austenitiska rostfria stål. Tidigare kunde endast SFE mätas tillförlitligt genom väl utformade experiment. I den aktuella avhandlingen går vi vidare och föreslår en teknik som kan ge noggranna värden för den instabila staplingsfelenergin för alla austenitiska legeringar som uppvisar tvillingbildning på låga spänningsnivåer. Betydelsen av temperatur och mellanliggande legering på mekaniskt beteende undersökt också i detta arbete.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-263169

Innehållsansvarig:infomaster@itm.kth.se
Tillhör: Skolan för industriell teknik och management (ITM)
Senast ändrad: 2019-11-05