The f.c.c. to h.c.p. martensitic phase transformation in CoNi studied by TEM and AFM methods

• Published in: Acta materialia Vol. 45; no. 2; pp. 837 - 847
• Main Authors: Waitz, T., Karnthaler, H.P.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Elsevier Ltd 01.02.1997; Elsevier Science
• Subjects: Applied sciences; Cross-disciplinary physics: materials science; rheology; Exact sciences and technology; Martensitic transformations; Materials science; Metals. Metallurgy; Phase diagrams and microstructures developed by solidification and solid-solid phase transformations; Physics; Atomic force microscopy; Nickel alloys; Intermetallic compounds; Phase transformations; Experimental study; Burgers vector; Dislocations; Cobalt base alloys; Binary alloys; Gamma phase; HCP crystals; Microstructure; Martensite; TEM; Martensitic transitions
• ISSN: 1359-6454; 1873-2453
• DOI: 10.1016/S1359-6454(96)00184-X

The thermally induced martensitic phase transformation from the high temperature (f.c.c.) to the low temperature (h.c.p.) phase was studied in a Co32% Ni single crystal by transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM) and light microscopy with multiple beam interferometry (MBI). Quantitative analysis of the TEM results shows that the transformation takes place by consecutive glide of partial dislocations of the same Shockley partial Burgers vector on every other close packed plane. The tapering h.c.p. lamellae contain high shear strains and cause long range internal stresses that facilitate transformation induced plasticity. The AFM and MBI results show that the transformation shear strains are compensated on a mesoscopic scale. This indicates that the transformation induced stresses trigger the formation of new self-accommodating h.c.p. lamellae by an autocatalytic process. It should be pointed out that the reverse transformation (h.c.p. → f.c.c.) previously investigated in the same material showed the occurrence of a different transformation mechanism based on an atomistic compensation. La transformation martensitique thermiquement induite d'une phase c.f.c.àhaute température en une phase h.c.àbasse température aétéétudiée dans un monocristal de Co32% Ni par microscopieélectronique en transmission (TEM), microscopieàforce atomique (AFM) et par microscopie optiqueàinterférométrie multi-faisceaux (MBI). L'analyse quantitative des résultats de TEM montre que la transformation résulte du glissement successif de dislocations partielles de Shockley de meˆme vecteur de Burgers, le long de chaque plan compact. Les lamelles h.c. effilées contiennent d'importantes déformations de cisaillement et génèrent des contraintes interesàlongue distance qui facilitent la plasticitéinduite par la transformation. Les résultats de AFM et MBI montrent que les déformations de cisaillement issues de la transformation sont compenséesàl'échelle mésoscopique. Ceci indique que les contraintes genérées par la transformation provoquent la formation de nouvelles lamelles h.c. auto-accommodantes par un processus autocatalytique. Il faut noter que la transformation inverse (h.c. → c.f.c.) précédemmentétudiée dans le meˆme matériau présente un mécanisme différent basésur une compensation atomistique. Die thermisch induzierte martensitische Phasenumwandlung von der Hochtemperaturphase (f.c.c.) zur Tieftemperaturphase (h.c.p.) wurde in einem Co32% Ni Einkristall mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM), atomarer Kraftmikroskopie (AFM) und Lichtmikroskopie in Verbindung mit Vielstrahlinterferenz (MBI) untersucht. Die quantitative Analyse der TEM Resultate ergibt, daß die Transformation durch Partialversetzungen erfolgt, die gleiche Shockley-Partialburgersvektoren haben und nacheinander auf jeder zweiten dichtest gepackten Ebene abgleiten. Die spitz zulaufenden h.c.p. Lamellen weisen hohe Scherverzerrungen auf und verursachen langreichweitige innere Spannungen, die transformationsinduzierte Plastizität ermöglichen. Die AFM und MBI Ergebnisse zeigen, daß die Scherverzerrungen der Umwandlung in mesoskopischen Bereichen kompensiert werden. Das weist darauf hin, daß die umwandlungsinduzierten Spannungen die Bildung neuer, selbstakkommodierender h.c.p. Lamellenüber einen autokatalytischen Prozess triggern. Es wird darauf hingewiesen, daß eine vorangegangene Untersuchung der umgekehrten Umwandlung (h.c.p. → f.c.c.) im gleichen Material das Auftreten eines anderen, auf atomarer Kompensation basierenden Transformationsmechanismus gezeigt hat.