Effects of combined silicon and molybdenum alloying on the size and evolution of microalloy precipitates in HSLA steels containing niobium and titanium

The effects of combined silicon and molybdenum alloying additions on microalloy precipitate formation in austenite after single- and double-step deformations below the austenite no-recrystallization temperature were examined in high-strength low-alloy (HSLA) steels microalloyed with titanium and niobium. The precipitation sequence in austenite was evaluated following an interrupted thermomechanical processing simulation using transmission electron microscopy. Large (~ 105 nm), cuboidal titanium-rich nitride precipitates showed no evolution in size during reheating and simulated thermomechanical processing. The average size and size distribution of these precipitates were also not affected by the combined silicon and molybdenum additions or by deformation. Relatively fine (< 20 nm), irregular-shaped niobium-rich carbonitride precipitates formed in austenite during isothermal holding at 1173 K. Based upon analysis that incorporated precipitate growth and coarsening models, the combined silicon and molybdenum additions were considered to increase the diffusivity of niobium in austenite by over 30% and result in coarser precipitates at 1173 K compared to the lower alloyed steel. Deformation decreased the size of the niobium-rich carbonitride precipitates that formed in austenite.

Enhanced ductility and reduced asymmetry of Mg-2Al-1Zn alloy plate processed by torsion and annealing

The ductility and plastic asymmetry of an as-annealed magnesium alloy plate were studied in compression through combined process of torsion and subsequent annealing by optical microscope and EBSD. The yield strength (YS) and ultimate compression strength (UCS) as well as the compression ductility (CD) were simultaneously raised by prior torsion at room temperature. The CD was further enhanced by subsequent annealing. Also, the torqued sample followed by annealing experienced a rising CD with the increase in prior strain, leading to the maximum true strain of 0.279, which is twice that of the as-annealed original one. The sample showed a largely reduced tension-compression yield asymmetry by subjecting to pre-torsion alone or combined with a subsequent annealing. The enhanced ductility and reduced asymmetry are attributed to the development of a gradient microstructure with refined grains, and also randomization of the weakened texture due to torsion and subsequent annealing.

Equal-channel angular pressing and annealing of a twinning-induced plasticity steel : microstructure, texture, and mechanical properties

In this work, a high-manganese Fe-23Mn-1.5Al-0.3C Twinning-Induced Plasticity (TWIP) steel was subjected to plastic shear deformation using Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) at 300 °C following route BC and additional annealing. The microstructure evolution during both deformation by ECAP and subsequent annealing was investigated and correlated with the mechanical properties. The successive grain refinement during ECAP was promoted by two parallel mechanisms, namely dislocation driven grain fragmentation and twin fragmentation, and accounted for the ultra-high strength. In addition, due to the relatively low volume fraction of deformation twins after ECAP at 300 °C, further contribution of deformation twinning during room temperature deformation allowed additional work-hardening capacity and elongation. During subsequent recovery annealing the ultra-fine grains and deformation twins were thermally stable, which supported retainment of the high yield strength along with regained uniform elongation. For the first time, the texture evolution during ECAP and during the following heat treatment was analyzed. After 1, 2, and 4 ECAP passes a transition texture with the characteristic texture components of both high- and low-SFE materials developed. During the following heat treatment the texture evolution proceeded similar to that observed in the same material after cold rolling. Retaining of the ECAP texture components due to oriented nucleation at grain boundaries and triple junctions as well as annealing twinning accounted for the formation of a weak, retained ECAP texture after recrystallization.

The microstructure evolution and softening processes during high-temperature deformation of a 21Cr-10Ni-3Mo duplex stainless steel

The austenite and ferrite microstructure evolution and softening mechanisms have been investigated in a 21Cr-10Ni-3Mo duplex stainless steel, containing about 60% austenite, deformed in torsion at 1200°C using a strain rate of 0.7 s-1. The above experimental conditions led to the formation of a small volume fraction of new austenite grains through discontinuous dynamic recrystallization (DDRX), which could not account for the observed large softening on the flow curve. DDRX grains mainly formed through the strain-induced migration of the pre-existing austenite grain boundaries, known to dominate in single-phase austenite, complemented by subgrain growth in the interface regions with ferrite. A significant portion of austenite dynamic softening has been attributed to the large-scale subgrain coalescence, the extent of which increased with strain, which seems to have contributed substantially to the observed flow stress decrease. The above process thus appears to represent an alternative mode of austenite dynamic softening to the classical DDRX in the duplex austenite/ferrite microstructure, characterised by limited availability of the pre-existing austenite/austenite high-angle boundaries, deformed at a high temperature. The softening mechanism within ferrite has been classified as "continuous DRX", characterised by a gradual increase in misorientations between neighbouring subgrains with strain and resulting in the progressive conversion of subgrains into "crystallites" bounded partly by low-angle and partly by large-angle boundaries.

Microstructure and texture evolution during symmetric and asymmetric rolling of a martensitic Ti-6Al-4V alloy

In the current study, the effect of deformation mode (i.e., symmetric vs asymmetric rolling) on the extent of grain refinement and texture development in Ti-6Al-4V was examined through warm rolling of a martensitic starting microstructure. During rolling, the initial martensitic lath structure was progressively fragmented, primarily through continuous dynamic recrystallization. This eventually led to an ultrafine-grained (UFG) microstructure composed of equiaxed grains with a mean size of 180 to 230 nm, mostly surrounded by high-angle grain boundaries. Depending on the rolling reduction and deformation mode (symmetric and asymmetric), the rolled specimens displayed different layer morphologies throughout the specimen thickness: a fully UFG surface layer, a partial UFG transition layer, and a partially fragmented lath interior layer. Due to a higher level of effective strain and continuous rotation of the principle axis, asymmetric rolling resulted in a greater extent of grain refinement compared with symmetric rolling at a given thermomechanical condition. A bulk UFG structure was successfully obtained using 70 pct asymmetric rolling. In addition, the rolling texture exhibited various characteristics throughout the thickness due to a different combination of shear and compressive strains. Principally, the basal texture component was displaced from the normal toward rolling direction during asymmetric rolling, differing from the symmetric rolling textures.

Origine de la réduction de la durée de vie des photoporteurs dans le InGaAsP implanté à basse température

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In.

Origine de la réduction de la durée de vie des photoporteurs dans le InGaAsP implanté à basse température

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In.