Twinning in high manganese austenitic steels

Abstract

AB3:Teräksiä, joiden lujuus ja muovattavuus perustuvat faasimuutoksiin ja kaksostumiseen on alettu tutkia entistä intensiivisemmin. Teräksiä, joiden ominaisuudet perustuvat niin sanottuun TRIP-ilmiöön (transformation induced plasticity) eli faasimuutoksiin, on jo markkinoilla. Toisaalta teräkset, jotka hyödyntävät kaksostumisilmiötä, ovat vasta kehitysasteella eikä niitä ole vielä saatavana kaupallisesti (TWIP, twinning induced plasticity).Kaksostuville materiaaleille on ominaista hyvä muokkauslujittuminen, hyvä sitkeys ja korkea lujuus. Kaksostuminen riippuu voimakkaasti materiaalin pinousvikaenergiasta (SFE, stacking fault energy), jolla on suuri rooli myös mahdollisen E-martensiitin muodostumisessa. Pinousvikaenergiaan voidaan vaikuttaa erilaisilla seosaineilla kuten mangaanilla, alumiinilla, piillä ja kromilla.Tämän työn tarkoituksena oli tutkia kaksostumista kahdella eri seostuksen omaavalla korkeamangaanisella austeniittisella teräksellä. Materiaalit oli suunniteltu siten, että niillä on erisuuret pinousvikaenergiat, jolloin niiden käyttäytymisen ja muodonmuutosmekanismien pitäisi poiketa toisistaan. Materiaaleja muokattiin sekä pienillä muodonmuutosnopeuksilla että suurilla muodonmuutosnopeuksilla. Samoja näytteitä muokattiin 20% muokkausasteeseen saakka aina 5% kerrallaan. Näytteitä tutkittiin jokaisen muokkauksen jälkeen EBSD:llä, joka on pyyhkäisyelektronimikroskooppiin (SEM) liitetty lisävaruste (Electron backscatter diffraction) sekä optisella mikroskoopilla. Työn yhtenä tarkoituksena oli tutkia, kuinka hyvin EBSD-tekniikka soveltuu mekaanisten kaksosten ja kaksostumisasteen tutkimiseen. Kaksostumisasteita eri muokkausasteilla tulkittiin CSL (coincidence site lattice, yhtenevät hilat) -rajojen avulla. Myös efektiivisen raekoon vaihtelua eri muokkausasteilla tutkittiin.

New steels that make use of phase transformations and twinning to increase material's strength and formability have been introduced or are being introduced into the markets. The mechanical properties of these new kind of steel types are totally different compared to those of traditional steels. Steels that are based on the so-called TRIP effect, transformation induced plasticity, are in the markets already, whereas steels that are based on the TWIP effect, twinning induced plasticity, are still in the development phase.This thesis considers two different high manganese austenitic TWIP steels, which were designed so that deformation, in addition to normal dislocation glide, should occur by two different mechanisms: by twinning and in some circumstances by E-martensite phase transformation. The steels were exposed to low and high strain rate compression tests. Twinning of these materials was studied primarily by electron backscatter diffraction (EBSD) and the extent of twinning, as a function of strain, was determined with the help of coincident site lattice (CSL) determinations. Also the grain size and microstructures at different deformation levels were studied.