Purpose: This paper aims to assess a separate influence of heat input and base metal grain size on microstructural evolution in the weld adjacent zone of bainitic steels with 1.5…2.0% Cr, welded or overlayed with consumables with 9% Cr after post-weld heat treatment. Design/methodology/approach: Analysis of the width of decarburised layer on microphotographs of welded or overlayed specimens after tempering at 750°C. Specimens were made by using different welding approaches: single-pass welding, multi-pass welding and overlaying. Findings: It is shown that with an increase of the heat input energy, the width of the resulting decarbonised layer decreases linearly; the increase of the base metal grain size leads to a decrease in the layer width after tempering at 750°C. The microhardness testing showed the average hardness in the decarburised layer of 15Kh2M2FBS steel was 161 HV0.1 (minimum – 154 HV0.1), while the average hardness in the rest of the heat-affected zone was 192 HV0.1. Research limitations/implications: Future research may include comparing the creep rupture strength of the weldments made with different welding parameters or base metal grain size to assess the influence of these factors on creep rupture strength. Practical implications: Results permit to achieve minimisation of the rate of carbon diffusion in the weld-adjacent area of the heat-affected zone by means of variation of welded parameters and base metal grain size. Originality/value: An influence of high-diffusivity paths (grain boundaries) on carbon diffusion in the heat-affected zone of dissimilar weldments was confirmed experimentally; the correlation between base metal grain size/welding parameters and the rate of the diffusion during high temperature exposure was found.
Purpose: This paper aims to assess an influence of thermal welding parameters on microstructural evolution in the weld adjacent zone of P91 steel, overlayed by austenitic consumables, after post weld heat treatment. Design/methodology/approach: Analysis of the width of decarburized layer on microphotographs of overlayed specimens after tempering 750°C, 7 and 18 hours. Specimens were made by using different heat input and preheating temperature parameters. Findings: It is shown that with increase of the heat input energy, the width of the resulting decarbonized layer decreases linearly; the effect of heating temperature on the layer width is parabolic with a minimum at a temperature of ~195°C. Research limitations/implications: Future research may include comparison of the creep rupture strength of the weldments, made with different welding parameters, to assess the influence of kinetics of decarburization and variation of the parameters on creep rupture strength. Practical implications: Results permit to achieve minimization of rate of carbon diffusion in the weld adjacent zone of the HAZ by means of variation of welded parameters. Originality/value: Experimentally was confirmed a role of high-diffusivity paths (grain boundaries) on carbon diffusion in the HAZ of dissimilar weldments; found correlation between welding parameters and the rate of the diffusion during high temperature exposure.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This study addresses some aspects regarding a computer modelling based on three-dimensional Frontal Cellular Automata (FCA) for the simulation of ultrafine-grained (UFG) microstructure development in purpose-designed microalloyed austenite model alloy i.e. FCC structure. Proposed in the present study model is a step forward towards understanding the deformation and microstructure development mechanisms occurring during severe plastic deformation (SPD) processes with high accumulation of the plastic deformation effects in FCC structures. The analysed microalloyed austenite microstructures were developed due to SPD effects. Using the proposed computer model, based on three-dimensional FCA it has been shown that it is possible to predict some characteristics of the FCC microstructures such as the grain size and the distribution of the boundaries misorientation angle. These abilities were proved by the qualitative and quantitative comparisons of the modelling and SEM/EBSD results. The capabilities of the proposed model were tested using experimental results of the wire drawing processes. The paper presents the new original results of experimental studies of multi-staged MaxStrain technology with the microscopic investigation. Basing on data obtained from these studies, the dependencies of the evolution of grain structure and misorientation angle on the accumulative strain and cycle number were obtained in a form of approximation equations. The equations were implemented into the CA model, and MaxStrain technology was simulated. Comparison of the results obtained in experimental studies and simulations shows a satisfactory agreement. Industrial verification of the developed model as well shows a satisfactory agreement.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In crystal plasticity under prescribed deformation, the incremental material response is potentially non-unique owing to slip system redundancy for most of the crystalline structures. Following Petryk, energy minimizing considerations give the way to select one of these solutions and the set of active systems, which depend on their more or less favorable orientation and their mutual interactions (latent hardening). This variational approach is extended here to confined plasticity in a finite volume, simulating a single crystal embedded in an aggregate. A slip gradient enhanced framework and related micro-hard boundary conditions are considered, using two defect energies introduced by Gurtin and coworkers: the first one takes the slip system polar dislocation densities as internal state variables and the second one is a quadratic potential of the dislocation density tensor. In both cases, micro-hard conditions amount to null flow for the two former quantities. For the classical one dimensional case of a strip in simple shear, the two models yield substantially different solutions, the second one coupling the gradients on the different systems. These results emphasize the necessity for a physically motivated modeling of gradient effects in the vicinity of grain boundary interfaces.
Graphene synthesis by the CVD method performed on the surface of copper is one of the most promising techniques for producing graphene for low cost and large scale applications. Currently, the most commonly used Cu substrate for graphene growth is foil, however, there is still a need to find new substrates and improve the quality of graphene layers. Sputtered Cu films on insulating substrates are considered as an alternative. Here we show the properties of graphene grown by the CVD method on thin copper foil and PVD copper films on Si/SiO2 substrates. We compare data on the properties of graphene films transferred from different copper substrates onto SiO2/Si substrates. We note that graphene grown on sputtered Cu films creates a multilayer form on the boundaries which can be identified on micro-Raman maps and in SEM images.
PL
Wytwarzanie grafenu metodą CVD na podłożach miedzianych jest jedną z najbardziej perspektywicznych metod otrzymywania grafenu ze względu na niski koszt podłoża oraz szerokie możliwości zastosowania w przemyśle. Obecnie najczęściej stosowanym do wzrostu grafenu podłożem miedzianym jest folia, jednakże ciągle istnieje potrzeba znalezienia nowego podłoża tak by poprawić jakość warstw grafenu. Jako alternatywę rozważa się cienkie warstwy miedzi wytwarzane metodami PVD osadzane na nieprzewodzącym podłożu. W niniejszym artykule przedstawiamy własności grafenu wytwarzanego metodą CVD na cienkiej folii miedzianej oraz na warstwach miedzi osadzonych na Si/SiO2. Porównujemy także wyniki otrzymane dla przeniesionych warstw grafenu z obu rodzajów próbek.
Consolidation of commercially available titanium nitride nanostructured powder as well as nanocomposite powders in the Si3N4-TiN and TiN-TiB2 systems have been performed by Spark Plasma Sintering (SPS) in the temperature range from 1200 degree Celsjus to 1550 degree Celsjus. The effect of non-linear heating and loading regimes on high melting point nanocomposites consolidation has been investigated.
PL
Spiekanie komercyjnego nanoproszku TiN jak i nanokompozytowych proszków Si3N4-TiN i TiN-TiB2 zostało przeprowadzone metodą spiekania iskrowo plazmowego (SPS) w zakresie temperatur od 1200 stopni Celsjusza to 1550 stopni Celsjusza. Badano wpływ nieliniowego ogrzewania i warunków obciążenia na spiekanie wysokotopliwych nanokompozytów.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The transport of fission gases in UO2 based nuclear fuels has a significant effect on the fuel performance. They can induce swelling of the fuel by the nucleation of gas bubbles within the fuel, and increase the mechanical interaction between the UO2 pellet and the cladding; also these bubbles can escape through the grain boundaries and contribute to the gaseous atmosphere in the fuel pin. We propose a model for the redistribution of xenon in the presence of different sinks, including nucleation and growth of gas bubbles. The finite element method has been implemented for the numerical solution of the model.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The special attention has been paid to the influence of misorientation angle of a random grain boundary (GB) on susceptibility to intergranular attack. The detailed observations of the microstructure of the intergranular corrosion (IGC) in 2024-T3 aluminium alloy (AA2024-T3) subjected to galvanic corrosion tests in two different solutions containing chloride ions (0.1 M and 0.5 M NaCl) were carried out using Scanning Electron Microscopy (SEM). The Electron Backscattered Diffraction (EBSD) technique was used to determine the grain boundary character distribution (GBCD) in the initial sample and a GBCD of corroded grain boundaries on a sample subjected to the corrosion test. The results are discussed in terms of the influence of the misorientation angle on the susceptibility of the grain boundaries to corrosion.
The aim of this paper is to show the recent progress in multi length scale modelling of the engineering materials. This progress is demonstrated using a series of examples addressing, in particular, the role of effect of the grain boundaries in shaping properties of nano-polycrystalline metals.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Continuum damage model for injection molded composite specimen is proposed in this paper. Injection molded parts made of glass fibers reinforced composites have significantly different properties depending on fibers orientation. Most of the structural polymers carrying the loads are crystalIic or semi-crystallic. Such material structure is naturalIy described using geometrie pattem, known as Voronoi diagram. Each material erystal represented by Voronoi celI, generated from random set of points, may have different material parameters related to fiber alignment. Crack propagation along grain boundaries is simulated using surface-based cohesive behaviour in commercial FEA code. The constitutive behaviour of surface-based cohesive interface damage is defined in terms of traction-separation. The damage initiation and evolution defined in terms of traction-separation, is described by the strength and critical energy release rate of the interface. Reinforcing fiber orientation is taken from mold filling numerical analysis. In present analysis, the homogenised properties with the elasticity tensor are assumed to be orthotropic. The obtained results showed fracture path sensitivity to orthotropy and will alIow evaluating material parameters during further laboratory test.
PL
W publikacji zaproponowano kontynualny model pękania struktur kompozytowych wytwarzanych metodą wtrysku. Wypraski z tworzyw mają znacząco różne własności w zależności od kierunku płynięcia stopionego tworzywa w gnieździe formy. Znakomita większość strukturalnych tworzyw sztucznych jest tworzywami częściowo-krystalicznymi których stopień krystalizacji może ulegać zmianie, w zależności od warunków wytwarzania. Taka struktura materiału jest w naturalny sposób opisywana geometrią znaną jako diagram Voronoi. Każde ziarno materiału reprezentowane przez komórkę Voronoi, wygenerowaną z losowego rozkładu punktów, może mieć niezależnie przypisane własności materiałowe w zależności od kierunku ułożenia włókien w strukturze. Ponadto w takiej strukturze możliwe jest również zdefiniowanie warunków inicjacji i propagacji pęknięcia wzdłuż granicy ziaren, również uzależnione od układu włókien. W publikacji przedstawiona została metoda symulacji pękania struktur krystalicznych wzmocnionych włóknami. Pękanie wzdłuż granicy ziaren zrealizowane zostało w komercyjnym kodzie MES, przy użyciu kohezyjnego zachowania elementu opartego na interakcji powierzchniowej. Układ włókien importowany jest z programu do symulacji wtrysku tworzyw termoplastycznych. W przedstawionej analizie zdefiniowano ortotropowe własności materiałowe, wraz z przypisanymi lokalnymi układami współrzędnych, niezależnie dla każdego ziarna. Wyniki analiz pokazały znaczący wpływ kierunku ułożenia włókien na ścieżkę propagacji pęknięcia. Uzyskane rezultaty pozwolą na dalsze, bardziej rozbudowane analizy dotyczące mechaniki pękania, oraz pozwolą na dokładniejszą predykcję zachowania się elementów konstrukcyjnych.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The permeability in polycrystalline Mn-Zn-ferrites depends on a number of microstructural parameters such as grain size, porosity, structure and composition of the grain boundaries. The grain boundaries with the specific resistivity - ρ and thickness - δ , plays an important role in creating the frequency stability of the initial permeability. The sintering conditions are one of the most appropriate process by which we can influence the grain boundaries composition, specific resistivity, microstructure and magnetic properties of polycrystalline Mn-Zn-ferrites. In this paper, it will be experimentally demonstrated, for samples with similar Mn-Zn-ferrites compositions and application of different maximum temperature of sintering, dwell time during sintering, how we may lead to the properties modification, by influencing the dopants ion diffusion and second phase segregation at the grain boundaries.
PL
Przenikalność polikrystalicznych ferrytów Mn-Zn zależy prócz składu chemicznego również od parametrów mikrostrukturalnych, takich jak wielkość ziarna, porowatość i charakterystyka granic ziarnowych. Granice ziarnowe z głównymi parametrami: grubością - δ i opornością właściwą - ρ, odgrywają istotną rolę w kształtowaniu nie tylko poziomu ale i stabilności częstotliwościowej przenikalności początkowej. Warunki spiekania są procesem, poprzez który możemy wpływać na skład chemiczny granic ziarnowych, oporność właściwą, mikrostrukturę i własności magnetyczne pokrystalicznych ferrytów Mn-Zn. Praca ta demonstruje eksperymentalnie, jak poprzez zastosowanie różnych czasów przebywania materiału w maksymalnej temperaturze spiekania, możemy wpływać na modyfikację własności poprzez dyfuzję domieszek i ich segregację na granicach ziarnowych.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule omówiono wyniki badań nad wpływem dodatku jonów Cu(ll) na właściwości granic międzyziarnowych elektrolitu stałego o składzie Ce0,85Gd0,15O1,925. Serię materiałów zawierających 0,5; 1,0 i 2,0% mol. Cu(ll) otrzymano poprzez impregnację proszku Ce0.85Gd0.15O1.925 uzyskanego na drodze współstrącania. Przeprowadzono analizę wpływu Cu(ll) na spiekanie otrzymanych proszków oraz na przewodnictwo elektryczne wnętrza ziaren i granic międzyziarnowych. Uzyskane wyniki wskazują na pozytywny wpływ dodatku Cu(ll) w ilości < 2,0% mol. Przy takiej zawartości przeprowadzona modyfikacja jedynie nieznacznie wpływa na wnętrze ziaren, natomiast zaobserwowano spadek energii aktywacji jonowego przewodnictwa elektrycznego granic międzyziarnowych oraz towarzyszący mu wzrost wartości bezwzględnych przewodnictwa. Z punktu widzenia potencjalnego zastosowania w tlenkowych ogniwach paliwowych najkorzystniejsze właściwości uzyskano dla materiału modyfikowanego 0,5% mol. Cu(ll).
EN
This paper presents the effect of an incorporation of copper(ll) ions into grain boundaries of Ce0.85Gd0.15O1.925 solid electrolyte. Solid electrolyte was synthesized by coprecipitation method and Cu(ll) was incorporated via impregnation method. 0.5, 1.0 and 2.0% mol Cu containing samples were obtained. The effect of Cu(ll) on a sinterability and an ionic conductivity is discussed. Obtained results show beneficial effect of incorporation of less than 2.0% mol. Cu(ll). Only minor modification of a bulk of the electrolyte was observed in case of this amount of the dopant, however substantial decrease of an activation energy of the ionic conductivity for grain boundaries and, in the same time, increase of the ionic conductivity was observed. The best results were obtained for 0.5% mol. Cu(ll) modified electrolyte.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: In the paper Cu-Al-Ni-(Mn, Ti) alloys exhibiting the shape memory effect were studied. For the investigated alloys the characteristic temperatures of the reversible martensitic transformation, the influence of grains size and vacancy concentration on the course of the transformation were examined. Design/methodology/approach: Using the resistometric method it was shown that the characteristic temperatures of the reversible martensite transformation strongly depend on the grains size. Findings: For Cu-Al-Ni alloy the activation energy of migration of monovacancies and the pre-exponential factor of the Arrhenius equation were determined as [wzór], respectively. Practical implications: The paper shows that the investigated alloys can be used as important functional or the so-called intelligent materials (actuators, sensors). Originality/value: The parameters of the electronic structure - i.e. the coefficient of conduction electron scattering at grain boundaries, the mean free path, the coefficient of reflection of conduction electrons at grain boundaries, and the electrical resistivity for Cu-Al-Ni in the martensite and parent phase were determined.
An alternative description and assessment of the mechanisms of grain boundary segregation of alloying components, tramp elements and most frequent impurities in metallic polycrystals by means of phenomenological diffusion equations is computer modelling of this segregation on the atomic scale by simulating diffusive atom jumps in a two-dimensional structure (2D). The paper presents an outline of a model of atom diffusion as well as the algorithm and newly developed computer program DYFUZJA (Diffusion) and the test results of the rough version of this program on model alloys Fe-0.75at.%B and Cu-0.75at.%Bi. The results of such a simulation indicate that both boron and bismuth segregations at the grain boundaries of the investigated alloys and the clusters of the vacancy-boron or bismuth atoms are generated.
PL
Alternatywą dla opisu i oceny efektów mechanizmów segregacji międzykrystalicznej atomów składników stopowych, domieszek i zanieczyszczeń w polikryształach metalicznych; za pomocą fenomenologicznych równań dyfuzji, jest modelowanie komputerowe tych segregacji w skali atomowej metodą symulacji elementarnych przeskoków atomów w strukturze dwuwymiarowej (2D). W artykule przedstawiono zarys modelu dyfuzji atomowej, algorytmu i nowo-opracowanego programu komputerowego DYFUZJA (Diffusion) oraz wyniki otrzymane z testowania roboczej wersji tego programu na stopach modelowych Fe-0,75%at.B i Cu-0,75%at.Bi. Wyniki symulacji wskazują, że w badanych stopach generowane są zarówno segregacje atomów B i Bi na granicy ziarna, jak również skupiska typu wakans-atom boru lub bizmutu.
Podstawowym warunkiem stosowania do ilościowej oceny struktury komputerowych metod pomiaru jest poprawne odwzorowanie w finalnym obrazie binarnym mierzonych elementów struktury. Z praktyki wiadomo, że spełnienie tego warunku jest w wielu przypadkach niezwykle trudne. Dotyczy to w szczególności granic ziarn w tworzywach jednofazowych. W artykule przedstawiono niektóre problemy pojawiające się w trakcie detekcji granic ziarn w tych tworzywach oraz metody ich eliminowania. Mimo spełnienia zaleceń podanych w systemach eksperckich używanych w praktyce, na powierzchni zgładów może pozostać pewna liczba drobnych rys. Gdy rysy są przypadkowo rozmieszczone na powierzchni zgładu, dobre rezultaty dają procedury oparte na tzw. przekształceniu Hougha. W artykule przedstawiono również metodę selekcji granic bliźniaków. Na podstawie wyników obserwacji szeregu struktur rzeczywistych stwierdzono, że w zdecydowanej większości przypadków granica ziarna nie zmienia lub zmienia tylko w niewielkim stopniu swój przebieg w punkcie potrójnym, w którym styka się z granicą bliźniaka. Gdy kąt beta, jaki tworzą ze sobą wektory o początku w punkcie potrójnym styczne do granic ziarn w tym punkcie, jest zbliżony do 180 stopni, trzecia granica wychodząca z tego punktu potrójnego jest granicą bliźniaka. Kąt beta przyjęto zatem jako kryterium detekcji tych granic. Stwierdzono, że zaproponowana metodyka jest najbardziej skuteczna wtedy, gdy granice bliźniaków uzna się te, dla których kąt beta zawarty jest w przedziale 150/200 stopni. Zapewnia to prawidłową detekcję około 85% granic bliźniaków oraz około 70% granic ziarn.
EN
The basic condition to apply computer measurement methods for a quantitative evaluation of a structure is correct mapping of the measured structure elements in the final binary image. It is known from practice that the fulfillment of this condition is, in many cases, extremly difficult. This refers in particular to grain boundaries in single-phase materials. This article presents some of the problems that occur when detecting grain boundaries in those materials as well as methods of their elimination. In spite of implementing the recommendations given in the expert systems used in preparation, a number of fine scratches can be left on the microsection surfaces. Where scratches are located on the microsection surface at random, good results are obtained when applying procedures based on the so-called Hough's transformation. The article also presents the method of twins' boundaries selection. Based on the results of observation of a number of real structures it was found that in the great majority of cases the grain boundary does not change, or changes only to a small degree, its course in the triple point where it contacts the twin boundary. When angle beta, which is created by the vectors having their origins in the triple point, tangent to the grain boundaries in that point, is close to 180 degrees, the third boundary coming out from that triple point is the boundary of the twin. The beta angle is thus assumed to be the criterion of those boundaries detection. It was found that the methodology proposed is most effective when as the twins boundaries are regarded those for which angle beta is contained in the range 150/200 degrees. This ensures correct detection of ca. 85% of twin boundaries and ca. 70% of grain boundaries.
The early stages of the eutectoid decomposition of the partially stabilized ZrO2, containing 8.0 and 11.0 mol.% MgO were investigated using analytical electron microscopy. The initiation of the reaction was preceeded by the movement of the original grain boundaries. Then the formation of cellular microstructure of the MgO rods in monoclinic ZrO2 phase occurs. However, the crystallographic orientation of the monoclinic phase is the same as that of grain from which the growth originally started. Sharp decrease of the MgO content across the reaction front suggests that the interface diffusion is the main controlling factor of the eutectoid decomposition.
PL
Analityczna mikroskopia elektronowa została wykorzystana do badań wczesnego stadium przemiany eutektoidalnej w częściowo stabilizowanym ZrO2 zawierającym 8 i 11 mol.% MgO. Stwierdzono, że rozpoczęcie przemiany poprzedzone jest migracją pierwotnych granic ziaren. Następnie na migrującej granicy tworzy się komórkowa struktura złożona z MgO o kształcie prętów, oraz roztworu stałego stanowiącego ZrO2 o symetrii monoklinicznej, czyli takiej samej jak orientacja ziarna, z którego wzrost komórkowy się rozpoczął. Gwałtowna zmiana zawartości MgO na froncie reakcji wskazuje, że czynnikiem kontrolującym wzrost eutektoidalny jest dyfuzja na migrującej granicy ziarna.
In the numerical model of the structure of the two-phase polycrystal with diverse interfacial energy of grain boundaries, a distinct stabilization of the structure was found. An attempt was made to explain this fact by the presence of characteristic edges of contact of four adjacent grains of (alpha beta alpha beta) type. The quantitative description of the spatial features of the structure has found a significant correlation to exist between the length of those edges and the grain boundary curvature by which the observed stabilization of the structure of the system investigated can be explained. The investigations were accomplished using a computer simulation method based on the concepts of the theory of probability and statistical mechanics.
W niniejszej pracy przedstawiono sposób wyznaczania średnic zastępczych ziaren zwłaszcza nieregularnych metodą optyczną. Metoda ta polega na oznaczeniu objętości względnej i powierzchni względnej ziaren zatopionych w strukturze stałej oraz obliczeniu na tej podstawie średnicy zastępczej ziarna. Do oznaczenia objętości względnej wykorzystana została metoda siatkowa, natomiast do oznaczenia powierzchni względnej metoda przypadkowych siecznych w przestrzeni euklidesowej.
EN
In the paper an optical method is suggested to determine a particle mean diameter which may be useful particular for non uniform particles of irregular shapes. The method relies on determination of a relative volume and relative surface of the particles submerged in the e.g. epoxy resin. To determine the relative volume a grid method has been applied, and to determine the relative surface a random secant method has been used.