Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đặc trưng thống kê của các sai lệch trong hạt ở độ biến dạng lớn bằng phương pháp nhiễu xạ tia X năng lượng cao: Ứng dụng cho sự giòn nứt do hydro
Tóm tắt
Nhiễu xạ tia X năng lượng cao (HEXD) đã trở thành một kỹ thuật mạnh mẽ để nghiên cứu sự biến dạng và hỏng hóc trong các kim loại cấu trúc trong hai thập kỷ qua. Trong công trình này, chúng tôi đã sử dụng HEXD nhiều hạt để điều tra sự giòn nứt do hydro trong niken đa tinh thể bằng cách định lượng hiệu ứng của hydro hòa tan lên phản ứng dẻo ở cấp độ hạt. Chúng tôi đã kiểm tra năm mẫu đa tinh thể: một mẫu đối chứng không biến dạng không có hydro thêm vào, một mẫu không có hydro được nén trong một chốt torsion áp lực cao (HPT), một mẫu không có hydro được nén và vặn bởi HPT, một mẫu được nạp hydro và nén bằng HPT, và một mẫu có hydro được nén và vặn bởi HPT. Hầu hết các thuật toán giảm dữ liệu HEXD hiện tại chỉ có thể được sử dụng ở mức biến dạng dưới 5–10%, trong khi mức biến dạng lớn nhất trong các mẫu của chúng tôi vượt quá 21%. Để xử lý dữ liệu, chúng tôi đã phát triển một phương pháp xử lý dựa trên chiếu tiến mới để tính toán các phân phối hướng đơn hạt rời rạc (DSGOD) từ dữ liệu. Chúng tôi đã sử dụng ba biến trạng thái dựa trên thống kê để mô tả các DSGOD được đo. Chúng tôi phát hiện ra rằng các hạt trong hai vật liệu (mẫu nạp hydro và không nạp hydro) có cùng một lượng sai lệch trong hạt, nhưng cách mà sự sai lệch đó được phân phối trong không gian hướng thì khác nhau. Chúng tôi đã xác định hai loại hạt trong các mẫu nạp hydro, nhưng chỉ có một loại trong các mẫu không nạp hydro. Kết quả của chúng tôi gợi ý rằng hydro hòa tan không tác động đến tất cả các hạt trong một tập hợp biến dạng một cách đồng đều. Những kết quả mesoscale này và các biến trạng thái mới có thể giúp thu hẹp khoảng cách giữa các quan sát vi mô và vĩ mô về những ảnh hưởng của hydro hòa tan đối với độ dẻo.
Từ khóa
#nhiễu xạ tia X năng lượng cao #giòn nứt do hydro #sai lệch trong hạt #phản ứng dẻo #kim loại cấu trúc #mẫu đa tinh thể #phân phối hướng đơn hạt rời rạcTài liệu tham khảo
Oddershede J, Camin B, Schmidt S, Mikkelsen LP, Sørensen HO, Lienert U, Poulsen HF, Reimers (2012) Measuring the stress field around an evolving crack in tensile deformed Mg AZ31 using three-dimensional X-ray diffraction. Acta Mater 60:3570–3580. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.02.054
Obstalecki M, Wong SL, Dawson PR, Miller MP (2014) Quantitative analysis of crystal scale deformation heterogeneity during cyclic plasticity using high-energy X-ray diffraction and finite-element simulation. Acta Mater 75:259–272. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.04.059
Bernier JV, Barton NR, Lienert U, Miller MP (2011) Far-field high-energy diffraction microscopy: a tool for intergranular orientation and strain analysis. J Strain Anal Eng Des 46:527–547. https://doi.org/10.1177/0309324711405761
Schmidt S (2014) GrainSpotter: a fast and robust polycrystalline indexing algorithm. J Appl Crystallogr 47:276–284. https://doi.org/10.1107/S1600576713030185
Margulies L, Winther G, Poulsen HF (2001) In situ measurement of grain rotation during deformation of polycrystals. Science 291:2392–2394. https://doi.org/10.1126/science.1057956
Wang S, Nagao A, Edalati K, Horita Z, Robertson IM (2017) Influence of hydrogen on dislocation self-organization in Ni. Acta Mater 135:96–102. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.05.073
Oriani RA (1978) Hydrogen embrittlement of steels. Annu Rev Mater Sci 8:327–357. https://doi.org/10.1146/annurev.ms.08.080178.001551
Barton NR, Dawson PR (2001) A methodology for determining average lattice orientation and its application to the characterization of grain substructure. Metall Mater Trans A 32:1967–1975. https://doi.org/10.1007/s11661-001-0009-x
Glez Jean Christophe, Driver Julian (2001) Orientation distribution analysis in deformed grains. J Appl Crystallogr 34:280–288. https://doi.org/10.1107/S0021889801003077
Ferreira PJ, Robertson IM, Birnbaum HK (1998) Hydrogen effects on the interaction between dislocations. Acta Mater 46:1749–1757. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(97)00349-2
Robertson IM (1999) The effect of hydrogen on dislocation dynamics. Eng Fract Mech 64:649–673. https://doi.org/10.1016/S0013-7944(99)00094-6
Martin ML, Sofronis P, Robertson IM, Awane T, Murakami Y (2013) A microstructural based understanding of hydrogen-enhanced fatigue of stainless steels. Int J Fatigue 57:28–36. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2012.08.009
Wang S, Martin ML, Sofronis P, Ohnuki S, Hashimoto N, Robertson IM (2014) Hydrogen-induced intergranular failure of iron. Acta Mater 69:275–282. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.01.060
Knowles JK (1998) Linear vector spaces and cartesian tensors. Oxford University Press, New York
Frank C (1988) Orientation mapping: 1987 MRS fall meeting Von Hipple award lecture. MRS Bull 13:24–31. https://doi.org/10.1557/S0883769400066112
Poulsen H (2004) Three-dimensional X-ray diffraction microscopy: mapping polycrystals and their dynamics. Springer-Verlag, Berlin
Suter RM, Hennessy D, Xiao C, Lienert U (2006) Forward modeling method for microstructure reconstruction using X-ray diffraction microscopy: single-crystal verification. Rev Sci Instrum 77:12905–12912. https://doi.org/10.1063/1.2400017
Cullity BD, Stock SR (2013) Elements of X-ray diffraction, 3rd edn. Pearson Education Limited, London
Pagan DC, Miller MP (2016) Determining heterogeneous slip activity on multiple slip systems from single crystal orientation pole figures. Acta Mater 116:200–211. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.06.020
Oddershede J, Schmidt S, Poulsen HF, Sørensen HO, Wright J, Reimers W (2010) Determining grain resolved stresses in polycrystalline materials using three-dimensional X-ray diffraction. J Appl Crystallogr 43:539–549. https://doi.org/10.1107/S0021889810012963
Wong SL, Park JS, Miller MP, Dawson PR (2013) A framework for generating synthetic diffraction images from deforming polycrystals using crystal-based finite element formulations. Comput Mater Sci 77:456–466. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.03.019
Nye JF (1953) Some geometrical relations in dislocated crystals. Acta Metall 1:153–162. https://doi.org/10.1016/0001-6160(53)90054-6
Hansen P, Sørensen H, Sükösd Z, Poulsen H (2009) Reconstruction of single-grain orientation distribution functions for crystalline materials. SIAM J Imaging Sci 2:593–613. https://doi.org/10.1137/080726021
Pagan DC, Obstalecki M, Park JS, Miller MP (2018) Analyzing shear band formation with high resolution X-ray diffraction. Acta Mater 147:133–148. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.12.046
Barton NR, Bernier JV (2012) A method for intragranular orientation and lattice strain distribution determination. J Appl Crystallogr 45:1145–1155. https://doi.org/10.1107/S0021889812040782
Johnson WH (1874) On some remarkable changes produced in iron and steel by the action of hydrogen and acids. Proc R Soc Lond 23:168–179. https://doi.org/10.1098/rspl.1874.0024
Nagao A, Dadfarnia M, Sofronis P, Robertson I (2016) Hydrogen embrittlement: mechanisms. In: Totten G, Colas R (eds) Encyclopedia of iron, steel, and their alloys. CRC Press, Boca Raton, pp 1768–1784
Miresmaeili R, Ogino M, Nakagawa T, Kanayama H (2010) A coupled elastoplastic-transient hydrogen diffusion analysis to simulate the onset of necking in tension by using the finite element method. Int J Hydrog Energy 35:1506–1514. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.11.024
Barrera O, Tarleton E, Tang HW, Cocks ACF (2016) Modeling the coupling between hydrogen diffusion and the mechanical behaviour of metals. Comput Mater Sci 122:219–228. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2016.05.030
Zhilyaev AP, McNelley TR, Langdon T (2008) Using high-pressure torsion for metal processing: fundamentals and applications. Prog Mater Sci 53:893–979. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.03.002
Valiev RZ, Estrin Y, Horita Z, Langdon TG, Zechetbauer MJ, Zhu YT (1996) Structure and deformaton behaviour of Armco iron subjected to severe plastic deformation. Acta Mater 44:4705–4712. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(96)00156-5
Barton NR, Boyce DE, Dawson PR (2002) Pole figure inversion using finite elements over Rodrigues space. Textures Microstruct 35:113–144. https://doi.org/10.1080/073033002100000182
MathWorks (2017) MATLAB Documentation: bwconncomp. MathWorks, Natick, MA. https://www.mathworks.com/help/images/ref/bwconncomp.html. Accessed 30 Aug 2017
Humbert H, Gey N, Muller J, Esling C (1996) Determination of a mean orientation from a cloud of orientations. application to electron back-scattering pattern measurements. J Appl Crystallogr 29:662–666. https://doi.org/10.1107/S0021889896006693
Cramér H (1955) The elements of probability theory and some of its applications. Wiley, New York
Westfall PH (2014) Kurtosis as Peakedness, 1905–2014. R.I.P. Am Stat 68:191–195. https://doi.org/10.1080/00031305.2014.917055
Muirhead RJ (1982) Aspects of multivariate statistical theory. Wiley, Hoboken, pp 1–49
Lloyd S (1982) Least squares quantization in PCM. IEEE Trans Inf Theory 28:129–137. https://doi.org/10.1109/TIT.1982.1056489