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DEFORMATION ET RUPTURE DES ALLIAGES CFC A BASSE EFE
IMPORTANCE DU MACLAGE MECANIQUE
A.Pineau
Centre des Matériaux - Mines ParisTech
1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
5. CONCLUSIONS
Séminaire Maclage – Centre des Matériaux – 09/09/2010 A. Pineau
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DEFORMATION ET RUPTURE DES ALLIAGES CFC A BASSE EFE
IMPORTANCE DU MACLAGE MECANIQUE
A.Pineau
Centre des Matériaux - Mines ParisTech
1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
5. CONCLUSIONS
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STUDIES AT CDM DEVOTED TO TWINNING IN FCC MATERIALS
(To my knowledge)
~ 1970 : A. Guimier & J.-L. Strudel –WASPALOY
~ 1970-1980 : F. Lecroisey – L. Rémy – F. Abrassart – K. Sipos - G. Chalant – D. Fournier– A.Pineau
Stainless Steels – Fe-Mn alloys – Co-Ni alloys – Inco 718
~ 1970-1990 : J.-L. Strudel : Ni-base Superalloys
~ 2008 : S. Nanga, Stainless Steels
~ 2007-2010 : J. Lorthios, A.-F. Gourgues, J. Besson – TWIP Steels
~ 2010 : S. Forest et al.
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C.Efstathiou, H. Sehitoglu, Acta Mater., vol.58, 2010, pp. 1479-1488
Hadfield Steel
Single Crystal
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C.Efstathiou, H. Sehitoglu, Acta Mater., vol.58, 2010, pp. 1479-1488
Hadfield Steel
Single Crystal
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P. Mullner, Acta metall. mater. ,vol.42,1994,pp.2211-2217Fe-18Cr-18Mn-0.03C-0.6N
77K –є = 9.2 %
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P. Mullner, Acta metall. mater. ,vol.42,1994,pp.2211-2217Fe-16Cr-17Ni-4Mn-3Mo-0.03C-0.26N
4.2K –є = 32%
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L.Rémy, A.Pineau, Met. Trans ,1974, vol.5, p.963ACIER INOXYDABLE AUSTENITIQUE
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TEM analysis of a band of twins and Єmartensite : a), b), c), d) dark field images with diffraction spot 1,2,3 4;e) diffraction pattern (electron beam parallel to 1-10 austenite; f) schematic of the fine structure of the band
Austenite εMartensite
Twin εMartensite
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P. Mullner, Acta metall. mater. ,vol.42,1994,pp.2211-2217
Fe-21Cr-13Ni-7Mn-3Mo-0.02C-0.39N
4.2K –є = 8.2%
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σXY
σXX
Unités
105 µb / (1-ν)
M.J. Marcinkowski, Trans AIME , vol.242, 1968, pp.1405-1412
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P. Mullner et al., Acta metall.mater.,vol.42,1994, pp.2211-2217
Fe-16Cr- 17Ni - 4Mn -3Mo - 0.03C- 0.26N
Tensile test
at 4.2 K
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RESULTS
Effect of Temperature at low strain rate (3 x 10-4 s-1) : 201 Steel
AISI 201
True strain (-)M
arte
nsite
vol
ume
fract
ion
(-)
AISI 201
True strain (-)M
arte
nsite
vol
ume
fract
ion
(-)
True strain (-)
Tru
est
ress
(M
Pa)
True strain (-)
Tru
est
ress
(M
Pa)
201 Steel is more stable than 301 LN Steel
25 °C-18%25 °C – 1025 MPa
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Ph. Pilvin, 200920°C –є.= 7 10- 3 s-1 – Continuous loading
20°C –є. = 7 10-5 s-1 –Continuous loading
20°C –є. = 8 10-5s-1- 1st loading and unloading, then loading at 100°C
DEFORMATION TWINNING ( in the absence of strain induced martensite) CAN PRODUCE EXTREMELY LARGE WORK- HARDENING RATES
20°C
100°C
301 Steel
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Co-33NiL. Rémy, Acta Met.,vol.20, 1978, pp.443-451
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γ = 20 mJ m-2
155 MPa
L. Rémy , Met.Trans., vol.12A, 1981,pp.387-408
L. Rémy et al;, Mat. Science & Eng.,vol.36,1978, pp.47-63
28
3fcc hcpd
a N SdT
→γ = ∆
2 1
2 1
19 % 12 % / 0.10
20 % 4 % / 0.06
Fe at Cr at Ni d dT mJ m K
Fe at Mn at Cr d dT mJ m K
− −
− −
− − γ =− − γ =
STRONG TEMPERATURE INFLUENCE in particular IN STAINLESS STEELS
J.A. Venables, Deformation Twinning,, 1963
TWINNING STRESS ?
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DEFORMATION ET RUPTURE DES ALLIAGES CFC A BASSE EFE
IMPORTANCE DU MACLAGE MECANIQUE
A.Pineau
Centre des Matériaux - Mines ParisTech
1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES ( See also J.W. Christian & S. Mahajan, Deformation Twinning , Progress in Materials Science, vol.39, pp.1-157, 1995)
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
5. CONCLUSIONS
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C.Efstathiou, H. Sehitoglu, Acta Mater., vol.58, 2010, pp. 1479-1488 Hadfield Steel
Single Crystal
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C.Efstathiou, H. Sehitoglu, Acta Mater., vol.58, 2010, pp. 1479-1488
Hadfield Steel
Single Crystal
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K.Rajan, J.Materials Science Letters, 1982, vol.1, pp.482-484
Co-Cr-Mo ALLOY
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L. Rémy , Met. Trans., vol.12A , 1981, pp.387-408, A.Coujou et al., Acta metall. mater.,vol.40, 1992,pp.337-344
( )
[ ] [ ] ( )
( )
[ ] [ ] ( )
'
'
2
' 2
1 1 1110 110 2 112 133%
2 2 6'
1 1 1110 101 211 33%
2 2 6
T
T
Les partielles doivent se recombiner
AB Cross slip
DC CD C Twinning
DC AD B Chgt épaisseur macle
• →• → +
→ + ×
• → +
→ +
DISLOCATIONS PARFAITES
β β δ
β β δ
δ
δ[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]( ) ( )
' '
'
3 ' ' 2
1 1 1 13 211 101 110 2 211
6 2 2 63 '
1 1 1 13 211 110 110 211
6 2 2 6,1992
T T
T
D AD CD B
D CD DC B
Coujou Changement épaisseur macles
β β β δ
β β β δ
β δ
β δ
• → + +
× → + + ×
• × → + +
× → + +
DISLOCATIONS PARTIELLES
D
AB
D’
β’
βδ
C
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L.Rémy , Met Trans , vol.12A, 1981, pp.388-408
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A.Coujou, Acta Met., vol.40,1992, pp.337-344Cu- 5.5 at% Si
3 Aββ ACβ‘ou δ ou β+D‘Cβ‘+δBδ
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Séminaire Maclage – Centre des Matériaux – 09/09/2010 A. Pineau
A. Coujou, Phil. Mag. Letters. 1987, vol.56 ,pp.13-21Cu - 6.5 at.% Si
Les fines macles ou défauts plans peuvent disparaître.
Les joints de macles ne sont pas infranchissables
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Séminaire Maclage – Centre des Matériaux – 09/09/2010 A. Pineau
A. Coujou, Phil. Mag. Letters. 1987, vol.56 ,pp.13-21Cu - 6.5 at.% Si
A
C
B
D
β
γ
Stair Rod
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IMPORTANCE DU MACLAGE MECANIQUE
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1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
5. CONCLUSIONS
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P. Mullner et al., Acta metall.mater.,vol.42,1994, pp.2211-2217
Fe-16Cr- 17Ni - 4Mn -3Mo - 0.03C- 0.26N
Tensile test
at 4.2 K
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Hull, Acta Mat.,vol.8,1960, p.11
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MONOCRISTAUX Fe-3Si
Cleavage crack
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Z.F. Zhang et al., to be published in Phil. Mag.,2010
Cu-Zn & Cu-Al Alloys
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Z.F. Zhang et al., to be published in Phil. Mag.,2010
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1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
5. CONCLUSIONS
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Z.H.Zhang, Z.G. Wang, Acta Mater., vol.51, 2003, pp. 347-364
Cu BICRYSTALS
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Z.H.Zhang, Z.G. Wang, Acta Mater., vol.51, 2003, pp. 347-364
Séminaire Maclage – Centre des Matériaux – 09/09/2010 A. Pineau
Cu BICRYSTALS
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B.Dyson, M.J.Rodgers, Mat. Science, 1974, vol.8, pp.261-266
NIMONIC 80A
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B.Dyson, M.J. Rodgers, Mat. Science, 1974, vol.8, pp.261-266
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NIMONIC 80A
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T.Saegusa, J. Wertman, Met.Trans, vol.11A, 1980, p1453
ASTROLOY
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( )3
2
2
2/3 2/3
81 cos (2 cos )
3
2
2 sinexp exp
S
n
S
n
j j n
G
R
DR GN
kT kT
γπ ψ ψσ
γσ
δ σπ ψ
∗
∗
∗ ∗
∆ = − +
=
Ω ∆= ⋅ ⋅ − Ω Ω
&
σn= 1000 MPa
Effect of Stress Concentration
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Dislocation densities (TEM) a) Zone 1; b) Zone 3; c) & d) Zone 4
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INCO 718
Devaux et al., Mat. Science & Eng. A, 486, 2008, pp. 117-122
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DA 718 ST 718
DA 718
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INCO 718
Devaux et al., Mat. Science & Eng. A, 486, 2008, pp. 117-122
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CREEP CRACK GROWTH RATE IN ALLOY 718
INFLUENCE OF MICROSTRUCTURE AND ENVIRONMENT
TR : AS QUENCHED (~950°C) + AGED (720°C - 8h + 620°C - 8h)
DA : DIRECT AGING (720°C - 8h + 620°C -8h) after FORGING
2-TR 718 Air 704°C
3-TR 718 Air 650°C
5-TR 718 Vac 650°C
4- 718 Necklace grain
structure Air 650°C
6- Overaged 718
Air 650°C
1- DA 718 Air 700°C
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DEFORMATION ET RUPTURE DES ALLIAGES CFC A BASSE EFE
IMPORTANCE DU MACLAGE MECANIQUE
A.Pineau
Centre des Matériaux - Mines ParisTech
1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
5. CONCLUSIONS
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Turski et al., Acta Mater., vol.56, 2008, pp 3598-3612
Déformation en Compression à 25°C et Maintien en Température à 550°C – 4500 heures
316 H C= 0.05 Wt %
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Turski et al., Acta Mater., vol.56, 2008, pp 3598-3612316 H C= 0.05 Wt %
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316 H C= 0.05 Wt % P Turski et al., Acta Mater., vol.56, 2008, pp 3598-3612
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Turski et al., Acta Mater., vol.56, 2008, pp 3598-3612
316 H C= 0.05 Wt % P
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Turski et al., Acta Mater., vol.56, 2008, pp 3598-3612316 H C= 0.05 Wt % P
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DEFORMATION ET RUPTURE DES ALLIAGES CFC A BASSE EFE
IMPORTANCE DU MACLAGE MECANIQUE
A.Pineau
Centre des Matériaux - Mines ParisTech
1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
5. CONCLUSIONS
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Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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L. Allais et al.,Mécanique et Industries, 6,(2005),pp.45-54
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Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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Fracture surface of prestrained 316 H Steel tested at 600°C
Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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Q. Auzoux et al. , JNM , vol.400,(2010), pp.127-137
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DEFORMATION ET RUPTURE DES ALLIAGES CFC A BASSE EFE
IMPORTANCE DU MACLAGE MECANIQUE
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1. INTRODUCTION
2. INTERACTIONS ENTRE MACLES
3. MACLAGE ( et Déformation planaire) ET RUPTURE (In tergranulaire)3.1. Intersections entre macles mécaniques et macle s de recuit3.2. Maclage et Rupture Intergranulaire
Fatigue – Fluage et Fatigue- Fluage
4. REHEAT CRACKING DES ACIERS INOXYDABLES AUSTENITI QUES4.1. Une expérience astucieuse4.2. Autres résultats sur divers aciers
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CONCLUSIONS
• Les Problèmes de Mode!
• Many Researches on Mechanical Twinning in FCC Metals are needed:
- Nucleation still poorly understood
- Relatively Strong Strain Rate Sensitivity of Low SFE FCC Metals
- More Detailed Observations of Slip/Twin and Twin/TwinIntersections
- Twin Boundaries Weak or Strong?
Monotonous – Fatigue- Creep Loadings
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Tel : 06 83 10 57 76