Determinar si la ruta de los límites en una estructura sigue los límites de los granos o si contiene un componente transgranular no siempre es evidente con una micrografía electrónica de barrido (SEM) estándar.

Microscopía de orientación (OIM™) posee la capacidad única de distinguir granos en función de la orientación del cristal en lugar de depender del grabado u otras técnicas de mejora del contraste. Esta capacidad mejorada permite que OIM determine sin ambigüedades si una porción de grieta dada es transgranular o intergranular.

Además, la trayectoria de la grieta es particularmente evidente en los mapas de calidad de imagen (IQ). Esto se debe a que los patrones de difracción en una rendija suelen ser inexistentes o, en el mejor de los casos, muy débiles.

Figura 1. Imagen del detector de electrones secundarios (SED) de fractura por fatiga en una superaleación de níquel (arriba). Imagen SED superpuesta con límites de grano como lo indica OIM (centro). Granos definidos por OIM definidos por colores aleatorios superpuestos en un mapa de escala de grises basado en un parámetro que describe la calidad de imagen (IQ) de patrones de difracción individuales (abajo). Crédito de la imagen: EDAX.

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Cuando se examinan las grietas que se propagan a lo largo de los límites de grano, puede ser útil determinar si los límites agrietados comparten una propiedad particular en comparación con la distribución general de los límites.

Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 2, en el caso de las líneas de conexión de cobre sometidas a estrés térmico, la desorientación a través de los límites de grano vacíos y desbloqueados se midió utilizando OIM. Las dos distribuciones muestran que es menos probable que los límites de ángulo bajo formen vacíos.

Hay un pico en la distribución del límite de vacíos a 52°, lo que indica que estos límites son más propensos a la formación de vacíos. Este análisis también se aplicó a fracturas en aleaciones de soldadura sin plomo.

Figura 2. Distribución de límites de grano vacíos y desbloqueados en líneas de conexión de cobre. Nucci, JA, RR Keller, DP Field y Y. Shacham-Diamand (1997). “Ángulos de desorientación del límite de grano y descarga inducida por estrés en óxido de cobre conjugado”. Letras de física aplicada 70: 1242-1244. Crédito de la imagen: EDAX.

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OIM se puede utilizar para realizar análisis de microestructura más complejos. Un ejemplo de ello es la construcción de un mapa de factores de Taylor. El factor de Taylor es una medida que predice la respuesta del rendimiento de grano con respecto al estado de estrés y la orientación del grano. Como se muestra en la Figura 3, los granos de color azul tienden a tener un deslizamiento relativamente fácil, mientras que los granos de color rojo tienden a producir resistencia.

El límite que separa los granos con un gran desajuste factor de taylor Puede ser más susceptible a la fractura intergranular. Por el contrario, es menos probable que los granos con factores de Taylor más altos rindan y pueden ser más propensos a romperse a lo largo del grano. La ruta de grietas en la Figura 3 parece indicar la ruta intergranular, donde hay una falta de coincidencia significativa del factor de Taylor.

Determinar con precisión el estado de tensión es un desafío cuando dicho análisis se aplica a soldaduras sin plomo. En este ejemplo, la condición de tensión es una tensión uniaxial en la dirección horizontal, alineada con el eje beta de prueba.

Figura 3. Mapa de factor de Taylor superpuesto al mapa de inteligencia. La región del mapa contiene una fisura inducida por tensión en superaleaciones de níquel. Crédito de la imagen: EDAX.

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La presencia de diferencias en la orientación local, que se pueden observar a través del OIM, puede afectar la propagación de grietas. Estas diferencias, que a menudo indican tensión residual acumulada en el material, pueden ser las áreas donde es más probable que ocurra el inicio de grietas.

Como se muestra en la Fig. 4, la punta de la grieta por fatiga en la aleación de níquel presenta grandes variaciones en la dirección local. Estas diferencias dentro de los granos individuales pueden alcanzar los 60 grados. OIM es particularmente adecuado para investigar estos gradientes de orientación locales debido a su alta resolución angular.

Figura 4. Un mapa defectuoso local cerca de la punta de una grieta de acero. Pequeños óvalos están asociados con las partículas de la segunda fase. Crédito de la imagen: EDAX.

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Es necesario tener en cuenta que los resultados de OIM que se muestran aquí se realizan en superficies planas 2D. Si bien el agrietamiento es un evento 3D, para obtener una comprensión integral de la propagación de grietas y los campos de tensión que rodean la punta de la grieta, se deben realizar análisis 3D.

conclusión

Dado que la grieta a menudo se propaga a lo largo de ciertos planos de cristal en materiales cristalinosOIM es muy adecuado para la investigación de varios aspectos de la fracturación.

Esta información ha sido obtenida, revisada y adaptada de materiales proporcionados por EDAX.

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