[論文レビュー] The role of crystallographic orientation of martensitic variants on cleavage crack propagation

Arya Chatterjee, Abhijit Ghosh+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2016

Microstructure and Mechanical Properties of Steels参考文献 12被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、電子バックプロセッシング散乱（EBSD）を用いて、低炭素量のラウトマルテンサイト鋼におけるマルテンサイト変態の結晶学的方位がクリーク割れの伝播に与える影響を調査した。ブロック界面が割れの屈折に対して最も効果的であり、次いでパケット界面が続くが、サブブロック界面は顕著な抵抗を示さないことが判明した。これは、歪み角度のみが割れ抵抗を予測するのに適しているという仮定に反する。

ABSTRACT

Cleavage crack propagation has been investigated in a low-carbon lath-martensitic steel using electron back-scattered diffraction technique. The ability of different martensitic boundaries within prior-austenite grain, such as sub-block, block and packet boundaries to resist cleavage crack propagation has been estimated in terms of Kurdjumov-Sachs crystallographic variants. Crystallographic study of crack path indicated that block boundaries are more effective in cleavage crack deviation as compared to packet boundaries, whilst sub-block boundaries are ineffective in that respect. Moreover, characterizing the boundaries in terms of misorientation angle (angle-axis pair) may be misleading if their effectiveness in retarding cleavage crack propagation is considered.

研究の動機と目的

• ラウトマルテンサイト鋼におけるマルテンサイト変態界面のクリーク割れ伝播への影響を理解すること。
• サブブロック、ブロック、パケット界面という異なる界面タイプの、割れ成長の遅延効果を評価すること。
• マルテンサイト界面における歪み角度のみが、割れ抵抗を信頼できる指標として使えるかどうかを評価すること。
• クリスタルオリエンテーション関係（Kurdjumov-Sachs関係）と観察された割れ経路のずれを関連付けること。
• 複雑な変態配置を示すマルテンサイト鋼における割れ経路選択のマイクロ構造的説明を提供すること。

提案手法

• 先行オーステナイト粒内のマルテンサイト変態の結晶学的方位をマップするために、電子バックプロセッシング散乱（EBSD）を用いた。
• 結晶学的歪み角度と形態的特徴に基づいて、界面をサブブロック、ブロック、パケットのタイプに分類した。
• 変態界面に沿った割れ経路を分析し、屈折行動と抵抗機構を特定した。
• Kurdjumov-Sachs（KS）方位関係を用いて、結晶学的変態ペアを定義・比較した。
• 各界面タイプにおける割れのずれ角度と伝播抵抗を評価することで、界面の有効性を定量化した。
• 歪み角度（角度-軸ペア）が割れ経路の遮断を予測するのにどれほど信頼できるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブブロック、ブロック、パケット界面という異なるタイプのマルテンサイト変態界面が、ラウトマルテンサイト鋼におけるクリーク割れ伝播にどのように影響を与えるか。
• RQ2 クリスタルオリエンテーション関係（Kurdjumov-Sachs関係）が、これらの界面で観察される割れ経路のずれをどれほど支配するか。
• RQ3 歪み角度のみが、クリーク割れ伝播の遅延効果を予測するのに十分か。
• RQ4 なぜ、歪み角度が高いために高抵抗を示すはずのサブブロック界面が、実際には抵抗を示さないのか。
• RQ5 ブロック界面とパケット界面の、クリーク割れの屈折に対する相対的寄与度はいかほどか。

主な発見

• ブロック界面は、クリーク割れの屈折に対して最も高い有効性を示し、顕著に割れ伝播経路を変化させる。
• パケット界面は、割れ伝播に対して中程度の抵抗を示すが、ブロック界面ほど効果的ではない。
• サブブロック界面は、高い歪み角度を有するにもかかわらず、割れ伝播の遅延に効果がない。
• 歪み角度のみが、割れ抵抗の指標として信頼できるとは限らず、同じ角度を持つ界面でも挙動に顕著な差が見られる。
• クリスタルオリエンテーション関係（Kurdjumov-Sachs変態ペア）は、割れ経路のずれを予測するために不可欠であり、特定の変態ペアの組み合わせが好ましい抵抗を示す。
• 界面の割れ伝播抵抗の有効性は、歪み角度の大きさではなく、隣接する変態の具体的な結晶学的方位に依存する。