The development of scanning X-ray diffraction phase mapping techniques using automated Rietveld refinements.
(2018) FYSM30 20181Solid State Physics
Department of Physics
- Abstract
- A methodology for determining inhomogeneities in microstructural features has been established using scanning X-ray diffraction (SXRD) and automated Rietveld refinements. The method has proven successful for spatially resolved quantitative phase analysis or "phase mapping" of retained austenite on a variety of martensitic steel samples, including carbon case-hardened steel bars and quenching and partitioning (Q&P) steel sheets. In addition, the mechanical stability of retained austenite was investigated in bend tested (Q&P) steels after various loading conditions. The results showed a decreasing austenite content from 7.9 wt% to 0 wt% after fracture. The phase distribution was further investigated using SXRD measurements on the... (More)
- A methodology for determining inhomogeneities in microstructural features has been established using scanning X-ray diffraction (SXRD) and automated Rietveld refinements. The method has proven successful for spatially resolved quantitative phase analysis or "phase mapping" of retained austenite on a variety of martensitic steel samples, including carbon case-hardened steel bars and quenching and partitioning (Q&P) steel sheets. In addition, the mechanical stability of retained austenite was investigated in bend tested (Q&P) steels after various loading conditions. The results showed a decreasing austenite content from 7.9 wt% to 0 wt% after fracture. The phase distribution was further investigated using SXRD measurements on the cross-sectional area in the region of the bend, indicating an uneven distribution of retained austenite with higher concentrations in the compression side. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Materialforskningen står ständigt inför nya utmaningar för att tillgodose behoven inom industriell innovation och utveckling. I vår tid ställs större krav på materialegenskaper med målet att tillverka lättare, hårdare och mer böjbara material som har mindre påverkan på miljön. För att kunna skapa och förstå nya material behövs dock en god förståelse för deras underliggande mikrostrukturella egenskaper. Ny forskning avser att kartlägga inhomogeniteter i mikrostrukturen med hjälp av skannande röntgendiffraktion (SXRD).
För att kunna förutse livslängden hos nya material måste makroskopiska avvikelser i mikrostrukturen kartläggas. I metalliska material kan den atomära strukturen skilja sig spatialt, vilket oftast kontrolleras genom olika... (More) - Materialforskningen står ständigt inför nya utmaningar för att tillgodose behoven inom industriell innovation och utveckling. I vår tid ställs större krav på materialegenskaper med målet att tillverka lättare, hårdare och mer böjbara material som har mindre påverkan på miljön. För att kunna skapa och förstå nya material behövs dock en god förståelse för deras underliggande mikrostrukturella egenskaper. Ny forskning avser att kartlägga inhomogeniteter i mikrostrukturen med hjälp av skannande röntgendiffraktion (SXRD).
För att kunna förutse livslängden hos nya material måste makroskopiska avvikelser i mikrostrukturen kartläggas. I metalliska material kan den atomära strukturen skilja sig spatialt, vilket oftast kontrolleras genom olika tillverkningssteg och förändringar i legeringsämnen. Dessa skillnader kan ge varierande egenskaper som duktilitet eller sprödhet på olika delar av de färdiga komponenterna. Omvandlingar av mikrostrukturen kan även ske i efterhand under påverkning av värme eller mekanisk påfrestning. Detta gör att materialen kan skifta atomstrukturer eller ”faser” vilket ibland ger dem helt nya egenskaper.
Genom att generera och mäta spridningen av röntgenstrålar från en metall, så är det möjligt att titta ”under ytan” på materialet. Från olika metaller sprids strålningen annorlunda vilket resulterar i specifika mönster som sedan kan mätas. Metoden som kallas röntgendiffraktion (XRD) har använts sedan början av 1900-talet för att undersöka atomära strukturer. Problemet med XRD-metoden är att den är begränsad till enskilda punkter på ett prov och att den därmed inte kan användas för att se om det sker förändringar spatialt.
I det här projektet har en variation av röntgendiffraktion används där flera XRD-mätningar sker successivt, i en skannande process. Genom denna metod, som kallas för skannande röntgendiffraktion (SXRD), genereras ett rutnät av mätpunkter över en tvådimensionell yta av provet. Eftersom en större mängd XRD-data blir resultatet av en sådan mätning så blir det snabbt omöjligt att analysera varje enskilt mönster separat. Därför har en automatiserad analysprocess tagits fram där hundratals analyser sker i följd.
Metoden har beprövats i syfte att mäta inhomogeniteter i fördelningen av den mjuka restaustenitfasen i stålprover. Genom göra mätningar på tvärsnittet av olika komponenter har restaustenitfasen kunnat kartläggas, bl.a. på ett bockat stålprov. Här upptäcktes att fördelningen av fasen inte är homogen efter bockning. Detta beror sannolikt på att fasomvandlingen sker i samband med en volymökning som uppstår på ovansidan av bocken.
De resultat som redogörs i detta arbete kan fortsättningsvis användas inom stålindustrin. I övrigt så kan den etablerade SXRD-metodiken användas för att kartlägga mikrostruktur i övriga metaller liksom andra typer av material. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8955882
- author
- Brask, Johannes LU
- supervisor
- organization
- course
- FYSM30 20181
- year
- 2018
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Retained austenite X-ray diffraction XRD Scanning X-ray diffraction SXRD
- language
- English
- id
- 8955882
- date added to LUP
- 2018-08-20 15:48:10
- date last changed
- 2018-08-20 15:48:10
@misc{8955882,
abstract = {{A methodology for determining inhomogeneities in microstructural features has been established using scanning X-ray diffraction (SXRD) and automated Rietveld refinements. The method has proven successful for spatially resolved quantitative phase analysis or "phase mapping" of retained austenite on a variety of martensitic steel samples, including carbon case-hardened steel bars and quenching and partitioning (Q&P) steel sheets. In addition, the mechanical stability of retained austenite was investigated in bend tested (Q&P) steels after various loading conditions. The results showed a decreasing austenite content from 7.9 wt% to 0 wt% after fracture. The phase distribution was further investigated using SXRD measurements on the cross-sectional area in the region of the bend, indicating an uneven distribution of retained austenite with higher concentrations in the compression side.}},
author = {{Brask, Johannes}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{The development of scanning X-ray diffraction phase mapping techniques using automated Rietveld refinements.}},
year = {{2018}},
}