Abstract
The slip activity and shear strain of persistent slip bands (PSBs) in polycrystalline nickel were studied after half-cycle deformation on well-polished specimen surfaces at different stages of fatigue life using the combination of atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). Although the local shear strain of PSBs seems to be nearly independent of the stage of fatigue life, the half-cycle slip activity of PSBs significantly depends on it. In-situ deformation experiments in the scanning electron microscope (SEM) showed that during half-cycle loading the slip steps do not proportionally develop to the applied plastic strain and not the whole accumulated PSB volume is active. The reactivation of the cumulative PSB volume is different for individual PSBs and grains, and evolves more slowly than the reactivation of grains. PSBs in polycrystals are subjected to a development history — their activity changes both temporally as well as spatially. Possible reason for this behaviour could be hardening effects due to secondary slip within the PSBs. Detailed investigations of the dislocation structure developed at different stages of fatigue life using the electron channelling contrast (ECC) in the SEM give more information about it.
Kurzfassung
Unter Verwendung der Atomkraftmikroskopie und der Rasterelektronenmikroskopie wurden die Gleitaktivität und die lokale Abgleitung in persistenten Gleitbändern in vielkristallinem Nickel untersucht. Dazu wurden Halbzyklusverformungen an verschiedenen Punkten des mechanischen Sättigungszustandes in der zyklischen Wechselverformungskurve durchgeführt, um auf gut polierten Probenoberflächen Gleitstufen zu erzeugen, deren geometrische Abmessungen (Höhe, Breite) Aufschluss geben über die tatsächliche lokale Abgleitung im Werkstoff. Während die Größenordnung der lokalen Abgleitung in den persistenten Gleitbändern unabhängig von der Zyklenzahl im Sättigungsbereich der Wechselverformungskurve zu sein scheint, zeigt die Halbzyklusgleitaktivität eine deutliche Abhängigkeit von der Zyklenzahl. In-situ-Verformungsexperimente im Rasterelektronenmikroskop zeigten, dass während der Halbzyklusverformung sich die Gleitstufen auf der polierten Probenoberfläche nicht proportional zur aufgebrachten plastischen Dehnung entwickeln. Vielmehr gibt es einen Schwellwert der bei ca. 60% der aufgebrachten plastischen Dehnung liegt, ab dem sich die Gleitstufen zu entwickeln beginnen. Außerdem ist während eines solchen Halbzyklus nicht das gesamte kumulierte persistente Gleitband aktiv sondern nur ein Bruchteil davon. Die persistenten Gleitbänder in vielkristallinen Werkstoffen unterliegen einer Entwicklungsgeschichte, Ihre Aktivität ist zeitlich und räumlich veränderlich und unterliegt offenbar einem Alterungsprozess, der durch Verfestigungsprozesse hervorgerufen durch sekundäres Gleiten in den persistenten Gleitbändern verursacht werden kann.
References
1 J.Man, P.Klapetek, O.Man, K.Obrtlík, J.Polák: AFM and EBSD study of the early stages of surface relief evolution in fatigued 316L steel at room temperature, Proc. 9th Int. Fatigue Conf. 2006 Atlanta, CD-ROM, Elsevier (2006), FT330Search in Google Scholar
2 A.Schwab, O.Meissner, C.Holste: Atomic force microscopy of slip lines on the surface of a fatigued nickel single crystal, Phil. Mag. Lett.77 (1998), No. 1998, p. 2310.1080/095008398178732Search in Google Scholar
3 A.Weidner, R.Beyer, C.Blochwitz, C.Holste, A.Schwab, W.Tirschler: Slip activity of persistent slip bands in polycrystalline nickel, Mater. Sci. Eng. A435-436 (2006), p. 54010.1016/j.msea.2006.07.039Search in Google Scholar
4 A.Weidner, W.Tirschler, C.Blochwitz, W.Skrotzki: The half-cycle slip activity of persistent slip bands in polycrystals, Mater. Science Forum567-568 (2007), p. 123Search in Google Scholar
5 A.Weidner, C.Blochwitz, W.Skrotzki, W.Tirschler: Formation of slip steps and growth of extrusions within persistent slip bands in cyclically deformed polycrystals, Mater. Sci. Eng. A479 (2008), p. 18110.1016/j.msea.2007.06.044Search in Google Scholar
6 A.Weidner, J.Man, W.Tirschler, C.Blochwitz, W.Skrotzki: Local shear strain amplitude and half-cycle slip activity of persistent slip bands in polycrystals, K. J. Hsia et al. (Eds.): Plasticity, Failure and Fatigue in Strucutral Materials, Warrendale, PA, TMS (2008), pp. 117–122Search in Google Scholar
7 A.Weidner, J.Man, C.Blochwitz, P.Klapetek, J.Polák, W.Skrotzki, W.Tirschler: Half-cycle slip activity of persistent slip bands at different stages of fatigue life of polycrystalline nickel, Mater. Sci. Eng. A492 (2008), p. 11810.1016/j.msea.2008.03.027Search in Google Scholar
© 2009, Carl Hanser Verlag, München