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Measurement of interfacial free energies and associated temperature coefficients in 304 stainless steel

1973; University of Toronto Press; Volume: 21; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(73)90068-0

1878-0768

L.E. Murr, Grant Wong, R. J. Horylev,

High Temperature Alloys and Creep

The method of zero creep of small diameter 304 stainless steel wires coupled with scanning and transmission electron (shadowgraphic) microscopy of grain boundary-surface intersection grooves was used to measure average values for the surface free energy, Fs, and the grain boundary free energy, γgb, at temperatures of 1060°, 1160°, 1260° and 1360°C, from which the temperature coefficients of the specific interfacial free energies, dFsdT and dγgbdT were measured to be −1.760 and −0.890 ergs/ cm2 °C respectively. Mean values of coherent twin boundary free energy/grain boundary free energy ratios, γtbγgb, were determined for low-torque twin-grain boundary intersections in thin foils of 304 stainless steel using techniques of transmission and diffraction electron microscopy as 0.016, 0.017, 0.024 and 0.024 at 910°, 985°, 1060° and 1180°C, and values of γgb substituted at temperatures from the measured values of γgb to obtain average coherent twin boundary free energies at temperature. From this data, the temperature coefficient of twin boundary free energy was determined to be +0.007 ergs/cm2°C. By assuming the temperature coefficients measured at elevated temperatures to extend linearly to room temperature, room temperature (25°C) values of Fs − 3975 ergs/cm2, γgb − 1670 ergs/cm2 and γtb − 10 ergs/cm2 were obtained; and the room temperature value of stacking-fault free energy, γsf, was determined to be 20 ergs/cm2 by multiplying γtb by a factor of two. The differences in sign for the temperature coefficients of surface and grain boundary free energies compared with the temperature coefficient of twin boundary free energy suggests a phenomenologically different segregation thermodynamics at these interfaces. La méthode du fluage nul de fils d'acier inoxydable de faible diamètre, associée à une étude au microscope électronique à balayage et par transmission (“shadowgraphique”) des rainures à l'intersection de la surface et des joints de grains, a été utilisée pour mesurer les valeurs moyennes de l'énergie libre superficielle (Fs), et de l'énergie libre aux joints de grains, γgb, à 1060, 1160, 1260 et 1360°C, ce qui a permis de mesurer les coefficients de température des énergies libres interfaciales spécifiques, dFsdT et dγgbdT; les valeurs obtenues sont respectivement 1,760 et −0,890 ergs/cm2 °C. Les valeurs moyennes des rapports de l'énergie libre aux joints de mâcles cohérents à l'énergie libre aux joints de grains, γtbγgb ont été déterminées pour des intersections joints de grains-mâcles à faibles désorientations dans des lames minces d'acier inoxydable 304 par microscopie électronique par transmission et par diffraction; les valeurs obtenues sont 0,016, 0,017, 0,024 et 0,024 respectivement à 910, 985, 1060 et 1180°C; en substituant dans ces rapports, pour chaque température respective, les valeurs de γgb mesurées précédemment, les auteurs ont obtenu les énergies libres moyennes aux joints de mâcles cohérents. A partir de ces résultats, le coefficient de température de l'énergie libre aux joints de mâcles a été déterminé comme étant égal à + 0,007 ergs/cm2 °C. Si on suppose que les coefficients de température mesurés aux températures élevées peuvent être extrapolés linéairement juqu'à la température ambiante, on obtient alors les valeurs suivantes à 25 °C (température ambiante): Fs− 3975 ergs/cm2, γgb − 1670 ergs/cm2 et γtb − 10 ergs/cm2; la valeur de l'énergie libre de faute d'empilement à température ambiante γsf, est alors obtenue en multipliant γtb par un facteur deux, et est égale à 20 ergs/cm2. La différence de signes entre les coefficients de température des énergies libres de surface et aux joints de grains et les coefficients de température des énergies libres aux joints de mâcles suggère que l'existence d'une les thermodynamiques de ségrégation sont phénoménologiquement différente à ces interfaces. Mittelwerte der Oberflächenenergie (Fs) und der Korngrenzenenergie (γgb) wurden bei 1060, 1160, 1260 und 1360°C an dünnen kriechverformten 304-Edelstahldrähten mit Hilfe der Rastermikroskopie und elektronenmikroskopischer Oberflächenabdrücke von Rillen untersucht, die sich beim Austritt von Korngrenzen an der Oberfläche bildeten. Auβerdem wurden die Temperaturkoeffizienten dieser Gröβen gemessen: dFsdT = −1,760 und dγgbdT = −0,890 erg/cm2 °C. Mittelwerte der Quotienten aus kohärenter Zwillingsgrenzflächenenergie und Korngrenzenenergie (γtbγgb) wurden für ZwillingsKorngrenzenschnitte in dünnen 304-Edelstahlproben mit Hilfe der Durchstrahlungs-Elektronenmikroskopie und Elektronenbeugung bestimmt: 0,016, 0,017, 0,024 und 0,024 bei 910, 985, 1060 und 1180°C. Die bei den entsprechenden Temperaturen gemessenen γgb-Werte wurden substituiert und so wurden Mittelwerte der kohärenten Zwillingsgrenzflächenenergien gewonnen. Aus diesen Daten wurde der Temperaturkoeffizient der Zwillingsgrenzflächenenergie zu 0,007 erg/cm2 °C bestimmt. Unter der Annahme, daβ man die bei hohen Temperaturen gemessenen Temperaturkoeffizienten linear auf Raumtemperatur (25°C) extrapolieren kann, lassen sich Werte für Fs(−3975 erg/cm2), γgb(−1670 erg/ cm2) und γtb(−10 erg/cm2) angeben. Auβerdem ergibt sich die Stapelfehlerenergie bei Raumtemperatur (γsf) zu 20 erg/cm2, wenn man γtb mit dem Faktor zwei multipliziert. Die verschiedenen Vorzeichen der Temperaturkoeffizienten der Oberflächen- und Korngrenzenenergie einerseits und der Zwillingsgrenzflächenenergie andererseits deuten auf eine phänomenologisch verschiedene Ausscheidungsthermodynamik dieser Grenzflächen hin.