Diffraction study of mechanical properties and residual stresses resulting from surface processing of polycrystalline materials.

par Marianna Marciszko

Thèse de doctorat en Mécanique-matériaux

Sous la direction de Chedly Braham et de Andrzej Baczmanski.

Le président du jury était Wojciech Luzny.

Le jury était composé de Chedly Braham, Andrzej Baczmanski, Olivier Castelnau, Krzysztof Wierzbanowski.

Les rapporteurs étaient Manuel François, Malgorzata Karolus.

  • Titre traduit

    Etude par diffraction des propriétés mécaniques et des contraintes résiduelles résultant de la transformation de matériaux polycristallins


  • Résumé

    Méthodologie de mesures de contraintes avec la méthode multireflection pâturage d'incidence(MGIXD) a été étudié et développé. La géométrie du faisceau parallèle a été appliquée pour mensurationsde stress. Le faisceau incident dans diffractomètres classiques a été collimaté par le miroir Göbel et lesessais de configuration en parallèle ont été effectuées pour Al poudre. Les résultats confirmé que le erreurstatistique et l'erreur d'alignement peuvent être réduits lorsque le miroir Göbel est utilisé. Facteursphysiques ont été prises en compte dans la CSX (analyse aux rayons X du stress): Lorentz - polarisationet facteur d'absorption (LPA) et aussi correction de la réfraction (RC). Les résultats montrent quel'influence de LPA est mineur dans CSX, mais la RC peut influencer de manière significative l'analyse.Dans la thèse de la question de RC a été examiné et comparé avec les approches présentées dans lalittérature. Dans la thèse de deux développements théoriques de la méthode MGIXD ont été présentés: laprocédure de détermination de paramètre c/a et l'influence des défauts d'empilement sur les résultats. Il aété montré que les deux développements améliore de manière significative la qualité de l'analyse desdonnées expérimentales. Dans le présent travail le problème de la X -ray facteurs de stress (XSF) utiliséspour l'interprétation des résultats CSX a été étudiée. Différents modèles théoriques de grains élastoplastiqueinteraction ont été envisagées et appliquées dans la CSX. Vérification de la XSF durant l'essaide traction pour l'échantillon élastique anisotrope (en acier inoxydable austénitique) et pour l'échantillonisotrope (Ti - note2). Anisotropie de XSF a également été observée dans: rectifié alliage Ni, acierinoxydable austénitique poli et revêtement CrN. Les résultats montre que Reuss et modèle de la surfacelibre sont en meilleur accord avec les résultats expérimentaux. Enfin, la méthode MGIXD a été vérifiée enutilisant le rayonnement synchrotron et 3 longueurs d'onde différentes. La méthodologie a été développéepour traiter les données non seulement pour les différents angles d'incidence, mais aussi en utilisantdifférentes longueurs d'onde simultanément. Contraintes en fonction de «vraie profondeur» a été calculéeen utilisant la transformée de Laplace inverse. Analyse Wiliamson-Hall a été appliquée pour les données.Méthode MGIXD a été appliqué pour les mesures de diffraction de dispersion d'énergie dans lequel lefaisceau blanc a été utilisé: 0,3 à 0,18 Å. L' analyse des contraintes a été effectuée en utilisant troisméthodes différentes : la méthode de sin2ψ norme, la méthode de terrain universelle et en utilisantmultireflection analyse . Dans la gamme de profondeur de pénétration à 0-15 um de la convergence desrésultats obtenus à partir de différentes méthodes a été acquise . En outre, les données de synchrotronparfaitement en accord avec les résultats obtenus en laboratoire sur diffractomètre (rayonnement Cu Ka) àproximité de la surface . Pour profondeur supérieure à 14 um points expérimentaux présentent desvariations importantes et ne sont pas d'accord avec les résultats de la méthode standard.Mots clés : contraintes résiduelles, diffraction des rayons X, méthode de l’incidence rasante, miroir Göbel


  • Résumé

    Methodology of stress measurements with multireflection grazing incidence method (MGIXD)was investigated and developed. The parallel beam geometry was applied. The incident beam in classicaldiffractometers was collimated by Göbel mirror and the tests of parallel configuration were performed for Alpowder. Results confirmed that both statistical error and the misalignment error can be reduced when theGöbel mirror is used. Physical factors were taken into account in XSA (X-ray stress analysis): Lorentzpolarizationand absorption factor (LPA) and also refraction correction (RC). Results showed that theinfluence of LPA correction is minor in XSA but the RC can significantly influence analysis. In the thesisthe issue of RC was considered and compared with approaches presented in the literature. In the thesistwo theoretical developments of the MGIXD method were presented: the procedure of c/a parameterdetermination and the influence of stacking faults on the results was taken into account. It was shown thatboth developments significantly improves the quality of experimental data analysis. In the present work theproblem of X-ray stress factors (XSF) used for the interpretation of XSA results was studied. Differenttheoretical grain elasto-plastic interaction models were considered and applied in XSA. Verification of theXSF was during tensile test for austenitic stainless steel and for the isotropic sample. Anisotropy of XSFwas also observed in: ground Ni alloy, polished austenitic stainless steel and CrN coating. The resultsshows that Reuss and free surface grain interaction models are in the best agreement with theexperimental results. Finally the MGIXD method was verified using synchrotron radiation and 3 differentwavelengths. The methodology was developed to treat data not only for different incident angles but alsousing simultaneously different wavelengths. Stresses vs. z – ‘real depth’ was calculated using the inverseLaplace transform applied to polynomial function. Wiliamson-Hall analysis was applied for collected data.Next multireflection method was applied for the energy dispersion diffraction measurements in which whitebeam containing radiation having different wavelengths was used (λ (Ǻ): 0.3–0.18/ E (keV): 40-68). Thestress analysis was performed using three different methods: standard sin2ψ method, Universal plotmethod and by using multireflection analysis. In the range of penetration depth to 0-15 μm theconvergence of the results obtained from different methods was gained. Moreover the synchrotron dataperfectly agree with the results obtained on laboratory diffractometer (Cu Kα radiation) close to the surface.For depth larger than 14 μm the experimental points exhibit significant spread and do not agree with theresults of standard method


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