An in situ observation of damage evolution and crack propagation

Damage evolution and crack propagation in the vicinity of a crack tip situated in an austenite grain of a duplex stainless steel was investigated in a scanning transmission electron microscope. It was found that a number of deformation bands were formed in the austenite grain upon loading, and the crack first propagated along one of the bands which was thinned down considerably due to localized dislocation slip. When the propagation was impeded by a phase boundary, voids nucleated at the intersections of deformation bands and the phase boundary. Voids remote from the crack tip grew into large cylindrical voids along the deformation bands where they resided. At the same time secondary voids nucleated and grew quickly in the ligament connecting the crack tip and the large voids. When the crack tip opening displacement increased to slightly over one-half of the initial crack tip-void spacing, the crack joined the nearest void by rupturing the ligament. These observations agree well with the theoretical predictions by Rice and Johnson and others. On étudie par microscopie électronique à balayage en transmission l'évolution des dégáts et la propagation des fissures au voisinage de l'extêmité d'une fissure dans un grain d'austénite d'un alliage inoxydabe biphasé. On trove qu'un certain nombre de bandes de déformation se forment dans le grain d'austénite pendant la charge; la fissure se propage d'abord le long d'une des bandes qui se trouve considerablement amincie par suite du glissement localise de dislocations. Quand la propagation est gènée par une limite des phases, des cavités germent aux intersections des bandes de deformation et de la limite de phase. Les cavités éloignées de l'extrêmite de la fissure se développent en larges cavites cylindriques le long des bandes de deformation ou elles se trouvent. Simultanément, de petites cavités secondaires germent et se développent rapidement dans le ligament qui lie l'extrêmité de la fissure et les grandes cavites. Quand le déplacement dû a l'ouverture de la fissure augmente pour atteindre une valeur légerement supérieure à la moité de la distance entre l'extrèmite de la fissure initiuale et la cavité, la fissure rejoint la cavité la plus voisine par rupture du ligament. Ces observations sont en bon accord avec les prévisions theoriques de Rice et Johnson et d'autres chercheurs. Die Entwicklung von Schädigung und Riβausbreitung in der Nähe einer Riβspitze, die sich in einem austenitischen Korn eines rostfreien Duplexstahles befindet, wird in einem Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskop untersucht. Nach Belastung bildet sich im Austenitkorn eine Anzahl von Verformungsbändern; dann wandert der Riβ erst entlang eines Verformungsbandes, welches durch lokalisierte Versetzungsgleitung beträchtlich gedünnt ist. Wird diese Ausbreitung durch eine Phasengreze gehemmt, dann werden Poren an der Schnittlinie zwischen Verformungsband und Phasengrenze gebildet. Poren weit ab von der Riβspitze wachsen in groβe zylindrische Hohlräume entlang der Verformungsbänder, wo sie liegen bleiben. Gleichzeitig bilden sich kleine Poren und wachsen schnell in den Stegen zwischen der Riβspitze und den groβen Hohlräumen. Hat der Riβ etwas mehr als die Hälfte des ursprünglichen Abstandes zwischen Riβspitze und Hohlraum überwunden, dann bricht der Reststeg und die Riβspitze vereiningt sich mit dem nächstgelegenen Hohlraum. Diese Beobachtungen stimmen mit theoretischen Voraussagen von Rice und Johnson und anderen gut überein.