Precipitation of nitrides in iron-based binary and ternary alloys; influence of defects and transformation-misfit stresses

Abstract

The initial microstructure of the unnitrided specimen has a significant influence on the nitriding response of binary Fe-Me (Me: Mo or Al) alloys specimens. This effect was not investigated until now for the case of nitrided ternary Fe-Me1-Me2 alloys, the role of the initial microstructure was studied upon nitriding Fe-4.1 at.% Cr-7.9 at.% Al specimens. To this end, the recrystallized and cold-rolled specimens were nitrided at low nitriding temperature of 400 °C. Upon precipitation of misfitting coherent nitrides during nitriding of thin-foils of binary Fe-Me (Me: Cr and V) alloys, a hydrostatic tensile lattice-stain component results from the elastic accommodation of volume misfit of nitrides and ferrite matrix. The change of the ferrite-matrix lattice parameter can be traced upon precipitation of the nitrides by X-ray diffraction measurements. The theory originally developed for the case of imperfections (by Eshelby) in solids can be applied for quantitatively describing the lattice-parameter changes of the matrix, the nitrides and the aggregate (matrix+ nitrides) as function of volume fraction and type of nitrides.

Das zu Beginn vorhandene Gefüge des unnitrierten Werkstücks hat einen bedeutenden Einfluss auf das Nitrierverhalten binärer Fe-Me (Me: Mo oder Al) Legierungen. Dieser Effekt wurde bisher nicht an ternären Fe-Me1-Me2-Legierungen untersucht. Die Auswirkungen des Anfangsgefüges auf das Nitrierverhalten wurde beim Nitrieren von Fe-4.1 at.% Cr-7.9 at.% Al Proben untersucht. Zu diesem Zweck wurden rekristallisierte und kaltgewalzte Proben bei einer niedrigen Nitriertemperatur von 400 °C nitriert. Bei der Ausscheidung von kohärenten Nitriden mit Fehlpassung während des Nitrierens von dünnen Folien binärer Fe-Me (Me: Cr und V) Legierungen resultiert eine hydrostatische Zugkomponente der Gitterdehnung durch die elastische Aufnahme der Volumenfehlpassung von Nitriden und Ferritmatrix. Die Änderung des Gitterparameters der Ferritmatrix kann während der Ausscheidung der Nitride mit Röntgenbeugungsmessungen verfolgt werden. Die ursprünglich (von Eshelby) für Fehlstellen in Festkörpern entwickelte Theorie liefert eine quantitative Beschreibung der Gitterparameteränderungen der Matrix, der Nitride und des Aggregats (Matrix + Nitride) als Funktion des Volumenanteils und der Art der Nitride.