journal article·2013-09

Segregation engineering enables nanoscale martensite to austenite phase transformation at grain boundaries: A pathway to ductile martensite

D. Raabe, S. Sandlöbes, J. Millán, D. Ponge, H. Assadi, M. Herbig, P.-P. Choi

Acta Materialia· Volume 61· Issue 16
Publisher page

Abstract

Abstract In an Fe–9 at.% Mn maraging alloy annealed at 450 °C reversed allotriomorphic austenite nanolayers appear on former Mn decorated lath martensite boundaries. The austenite films are 5–15 nm thick and form soft layers among the hard martensite crystals. We document the nanoscale segregation and associated martensite to austenite transformation mechanism using transmission electron microscopy and atom probe tomography. The phenomena are discussed in terms of the adsorption isotherm (interface segregation) in conjunction with classical heterogeneous nucleation theory (phase transformation) and a phase field model that predicts the kinetics of phase transformation at segregation decorated grain boundaries. The analysis shows that strong interface segregation of austenite stabilizing elements (here Mn) and the release of elastic stresses from the host martensite can generally promote phase transformation at martensite grain boundaries. The phenomenon enables the design of ductile and tough martensite.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Microstructure and Mechanical Properties of Steels · Advanced Materials Characterization Techniques · High Entropy Alloys Studies

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

References (100+)

Show source-provided references
1. Ritchie · Nat Mater · 2011 · 10 · 81710.1038/nmat3115 ↗
2. Raabe · Adv Eng Mater · 2009 · 11 · 54710.1002/adem.200900061 ↗
3. Gutierrez-Urrutia · Acta Mater · 2012 · 60 · 579110.1016/j.actamat.2012.07.018 ↗
4. Song · Acta Mater · 2005 · 53 · 84510.1016/j.actamat.2004.10.051 ↗
5. Song · Mater Sci Eng A · 2006 · 441 · 110.1016/j.msea.2006.08.095 ↗
6. Hodgson · Scripta Mater · 1999 · 40 · 117910.1016/S1359-6462(98)00411-4 ↗
7. Song · Acta Mater · 2005 · 53 · 488110.1016/j.actamat.2005.07.009 ↗
8. Hickson · Metall Mater Trans A · 2002 · 33 · 101910.1007/s11661-002-0203-5 ↗
9. Krauss · Mater Sci Eng A · 1999 · 273–275 · 4010.1016/S0921-5093(99)00288-9 ↗
10. Ueji · Acta Mater · 2002 · 50 · 417710.1016/S1359-6454(02)00260-4 ↗
11. Ohmura · J Mater Res · 2004 · 19 · 362610.1557/JMR.2004.0474 ↗
12. Kitahara · Acta Mater · 2006 · 54 · 127910.1016/j.actamat.2005.11.001 ↗
13. Morito · Acta Mater · 2006 · 54 · 532310.1016/j.actamat.2006.07.009 ↗
14. Shea · Surf Sci · 1975 · 53 · 16810.1016/0039-6028(75)90124-7 ↗
15. McLean · 1957
16. Seah · Proc R Soc Lond A · 1973 · 335 · 19110.1098/rspa.1973.0121 ↗
17. Hondros · Proc R Soc Lond A · 1965 · 286 · 47910.1098/rspa.1965.0158 ↗
18. Hondros · Metall Trans A · 1977 · 8 · 136310.1007/BF02642850 ↗
19. Langmuir · J Am Chem Soc · 1918 · 40 · 136110.1021/ja02242a004 ↗
20. Hoffman · Interface Sci · 1996 · 3 · 24110.1007/BF00194704 ↗
21. Lejček · Crit Rev Solid State Mater Sci · 1995 · 20 · 110.1080/10408439508243544 ↗
22. Lejcek · Crit Rev Solid State Mater Sci · 2008 · 33 · 13310.1080/10408430801907649 ↗
23. Liu · Scripta Mater · 2004 · 51 · 52110.1016/j.scriptamat.2004.05.042 ↗
24. Wynblatt · Metall Mater Trans A · 2006 · 37 · 259510.1007/BF02586096 ↗
25. Lejček · Acta Mater · 2003 · 51 · 395110.1016/S1359-6454(03)00219-2 ↗
26. Kirchheim · Acta Mater · 2002 · 50 · 41310.1016/S1359-6454(01)00338-X ↗
27. Kirchheim · Acta Mater · 2007 · 55 · 512910.1016/j.actamat.2007.05.047 ↗
28. Weissmüller · Nanostruct Mater · 1993 · 3 · 26110.1016/0965-9773(93)90088-S ↗
29. Weissmüller · J Mater Res · 1994 · 9 · 410.1557/JMR.1994.0004 ↗
30. Seah · Acta Metall · 1977 · 25 · 34510.1016/0001-6160(77)90153-5 ↗
31. Grabke · ISIJ Int · 1989 · 29 · 52910.2355/isijinternational.29.529 ↗
32. Morito · Acta Mater · 2003 · 51 · 178910.1016/S1359-6454(02)00577-3 ↗
33. Watanabe · Res Mech · 1984 · 11 · 47
34. Watanabe · Acta Metall · 1980 · 28 · 45510.1016/0001-6160(80)90135-2 ↗
35. Watanabe · Acta Mater · 1999 · 47 · 417110.1016/S1359-6454(99)00275-X ↗
36. Randle · Acta Mater · 2004 · 52 · 406710.1016/j.actamat.2004.05.031 ↗
37. Randle · Acta Mater · 1999 · 47 · 418710.1016/S1359-6454(99)00277-3 ↗
38. Raabe · Scripta Mater · 2009 · 60 · 114110.1016/j.scriptamat.2009.02.062 ↗
39. Thermo-Calc Software AB and Foundation of Computational Thermodynamics. ThermoCalc users’ guide, version S. Stockholm: Thermo-Calc Software AB; 2011.
40. Thermo-Calc Software AB. TCFE6 – TCS steels/Fe-alloys database, version 6.2. Stockholm: Thermo-Calc Software AB.
41. Miller · 1996
42. Danoix · Adv Eng Mater · 2006 · 8 · 120210.1002/adem.200600225 ↗
43. Li · Acta Mater · 2011 · 59 · 396510.1016/j.actamat.2011.03.022 ↗
44. Sauvage · Philos Mag A · 2000 · 80 · 78110.1080/01418610008212082 ↗
45. Raabe · MRS Bull · 2010 · 35 · 98210.1557/mrs2010.703 ↗
46. Marquis · Microsc Today · 2012 · 20 · 4410.1017/S1551929512000387 ↗
47. Sauvage · Scripta Mater · 2009 · 60 · 105610.1016/j.scriptamat.2009.02.019 ↗
48. Hong · Metall Mater Trans A · 1999 · 30 · 71710.1007/s11661-999-1003-y ↗
49. Hono · Scripta Mater · 2001 · 44 · 97710.1016/S1359-6462(00)00690-4 ↗
50. Li · Acta Mater · 2012 · 60 · 400510.1016/j.actamat.2012.03.006 ↗
51. Krauss · Trans Am Inst Metal Eng · 1962 · 224 · 1212
52. Breedis · Trans Am Inst Eng · 1966 · 236 · 218
53. Jana · Trans Am Inst Eng · 1967 · 239 · 1187
54. Kessler · Acta Metall · 1967 · 15 · 40110.1016/0001-6160(67)90224-6 ↗
55. Guy · Met Sci · 1983 · 17 · 16710.1179/030634583790420961 ↗
56. Dmitrieva · Acta Mater · 2011 · 59 · 36410.1016/j.actamat.2010.09.042 ↗
57. Nikbakht · Mater Sci Technol · 2010 · 26 · 55210.1179/174328409X405616 ↗
58. Nasim · Mater Sci Eng A · 2000 · 281 · 5610.1016/S0921-5093(99)00734-0 ↗
59. Weng · Mater Sci Technol · 1987 · 3 · 20710.1179/mst.1987.3.3.207 ↗
60. Heo · Acta Mater · 1996 · 44 · 301510.1016/1359-6454(95)00355-X ↗
61. Maier · Mater Charact · 2003 · 51 · 4910.1016/j.matchar.2003.09.010 ↗
62. Grabke · Scripta Metall · 1987 · 21 · 132910.1016/0036-9748(87)90108-6 ↗
63. Krahe · Scripta Metall · 1973 · 7 · 38710.1016/0036-9748(73)90061-6 ↗
64. Lee · Metall Trans A · 1983 · 14 · 91310.1007/BF02644296 ↗
65. Bolton · Metall Trans · 1971 · 2 · 291510.1007/BF02813271 ↗
66. Guo · Met Mater Trans A · 2008 · 39A · 95010.1007/s11661-008-9473-x ↗
67. Mega · Mater Trans JIM · 1996 · 37 · 32310.2320/matertrans1989.37.323 ↗
68. Yuan · Acta Mater · 2012 · 60 · 279010.1016/j.actamat.2012.01.045 ↗
69. Lee · Mater Sci Technol · 2003 · 19 · 39310.1179/026708303225009742 ↗
70. Montaneri · Z Metallk · 1990 · 81-H2 · 114
71. Tomimura · ISIJ Int · 1991 · 31 · 143110.2355/isijinternational.31.1431 ↗
72. Ma · Scripta Mater · 2005 · 52 · 131110.1016/j.scriptamat.2005.02.018 ↗
73. Rajasekhara · Mater Sci Eng A · 2010 · 527 · 198610.1016/j.msea.2009.11.037 ↗
74. Somani · Metall Mater Trans · 2009 · 40A · 72910.1007/s11661-008-9723-y ↗
75. Thuillier · Scripta Mater · 2006 · 55 · 107110.1016/j.scriptamat.2006.03.040 ↗
76. Mun · Metall Mater Trans A · 2002 · 33A · 105710.1007/s11661-002-0207-1 ↗
77. Wilson · Metall Mater Trans A · 2004 · 35A · 35210.1007/s11661-004-0137-1 ↗
78. Morris · ISIJ Int · 2011 · 41 · 59910.2355/isijinternational.41.599 ↗
79. Podder · Proc R Soc A · 2011 · 467 · 314110.1098/rspa.2011.0212 ↗
80. Law · Metall Trans A · 1980 · 11A · 3310.1007/BF02700436 ↗
81. Middleton · Met Sci · 1975 · 9 · 52110.1179/030634575790444810 ↗
82. Kimmins · Met Sci · 1983 · 17 · 51910.1179/030634583790420484 ↗
83. Hoshimi · Tetsu-to-Hagane · 1978 · 64 · 59510.2355/tetsutohagane1955.64.5_595 ↗
84. Zhang · J Mater Sci · 1999 · 34 · 329110.1023/A:1004650427315 ↗
85. Matsuda · Trans ISIJ · 1974 · 14 · 44410.2355/isijinternational1966.14.444 ↗
86. Yasuno · ISIJ Int · 1996 · 36 · 59510.2355/isijinternational.36.595 ↗
87. Maki · Tetsu-to-Hagane · 1979 · 65 · 159810.2355/tetsutohagane1955.65.10_1598 ↗
88. Guttmann · Metall Trans A · 1977 · 8 · 138310.1007/BF02642852 ↗
89. Dillon · Acta Mater · 2007 · 55 · 620810.1016/j.actamat.2007.07.029 ↗
90. Harmer · Science · 2011 · 332 · 18210.1126/science.1204204 ↗
91. Luo · Science · 2011 · 333 · 173010.1126/science.1208774 ↗
92. Nakada · ISIJ Int · 2011 · 51 · 29910.2355/isijinternational.51.299 ↗
93. Somani · Metall Mater Trans A · 2009 · 40 · 72910.1007/s11661-008-9723-y ↗
94. Tomimura · ISIJ Int · 1991 · 31 · 143110.2355/isijinternational.31.1431 ↗
95. Gjostein · Acta Metall · 1966 · 14 · 163710.1016/0001-6160(66)90016-2 ↗
96. Rajasekhara · Acta Mater · 2011 · 59 · 73810.1016/j.actamat.2010.10.012 ↗
97. Nakada · ISIJ Int · 2007 · 47 · 152710.2355/isijinternational.47.1527 ↗
98. Clemm · Acta Metall · 1955 · 3 · 7010.1016/0001-6160(55)90014-6 ↗
99. Kurdjumov · Dokl Akad Nauk SSSR · 1949 · 66 · 211
100. Hollomon · Prog Met Phys · 1953 · 4 · 33310.1016/0502-8205(53)90020-3 ↗