The primary goal of this thesis is to investigate the modulated structures found in Ni-rich Ni-Al and austenitic Fe-Ni-Al-C alloys.
Ordering and clustering in rapidly-solidified Ni-14% Al have been analyzed by transmission electron microscopy and X-ray diffraction investigation. To examine the formation processes of γ' phase($L1_2$ structure), the disordered state of starting specimen was sought through the rapid solidification process by melt spinning. In the highly undercooled condition, the supersaturated γ follows its characteristic mode of $L1_2$ ordering/clustering with respect to experimental variables. At relatively low temperature(500℃), γ firstly goes through continuous ordering and subsequently undergoes phase separation. While at intermediate ageing temperature(710℃), γ' phase precipitates via the nucleation and growth mechanism. At this temperature, the morphology of γ' precipitates evolves as follows: jquasi-randomly distributed cuboids $\rightarrow$ rows of cubic particles → plates. Growth kinetics of γ' particles obeys the LSW (Lifshitz, Slyozov and Wagner) theory. Such a coupled ordering/clustering phenomenon fairly well is explained qualitatively by the metastable phase diagram subdivided by the loci of $T_i$+(disordering instability), $T_o$ (critical ordering), $T_i^-$(ordering instability) and Ts(spinodal instability) temperatures.
The phase decomposition of Fe-42.4wt% Ni-4.15wt% Al-0.45wt% C alloy was investigated on ageing at 823K by means of micrographs, selected area diffraction patterns, micro-beam diffraction patterns and micro-probe chemical analyses obtained by conventional transmission electron microscopy and scanning transmission electron microscopy. In the matrix, the K phase with $L'1_2$ structure has formed via the zone formation process. This matrix perovskite carbide is gradually replaced by the discontinuously precipitated grain boundary reaction. The duplex fine lamellar colony is composed of carbon-depleted ordered γ phase($a_{\gamma'}=0.367±0.003nm$) and cementite ($a_c=0.454\pm0.003nm$, $b_c=0.519\pm0.003nm$, $c_c=0.695\pm0.003nm$). The nickel content of cementite in the lamelllae is poor than that of γ' phase counterparts, but is constains some aluminums. Between two constituents of lamellae, the Pitch orientation relationship was fully realized. Qutie interestingly, a long period stacking fault modulation of {101} cementite plane is found.
The so-called tweed structure in the austenitic Fe-28.10wt% Ni-5. 19wt% Al-0.36wt%C on 973K ageing has been examined by means of transmission electron microscopy and high-resolution electron microscopy together with the characteristic martensitic temperature measurement. The increase of transformation temperature during 973K ageing can be ascribed not only to the grain growth but also to the depletion of carbon atoms in the matrix coupled with the formation of K phase particles. Concurrent with the increase of transformation temperature, the {110}<$1\bar{1}0$> striations and <110> diffraction streaks become distinct. The one-to-one correspondence between striations and streaks means that the modulated structure has occurred by the static displacement of atoms. As the transformation temperature furthur increases in the carbon=depleted section of the matrix, the nucleation of martensite is triggered. The product martensite has $112_{\alpha'}$ type twins and the relation between parent matrix and martensite is somewhat deviated from the Bain relation.
본 논문은 Ni-rich Ni-Al과 Fe-Ni-Al-C계 합금에서 발견되는 modulated 구조를 다룬다.
초고속 급냉된 Ni-14at.%Al 합금의 ordering과 clustering을 투과 전자현미경과 X-선 회절 실험으로 분석하였다. $Ll_2$ 구조를 갖는 γ' 상이 서로 다른 분해 과정을 따라 형성될 수 있음을 보이기 위해 melt spinning의 초고속 급냉법을 사용하여 초기의 불규칙 고용체를 얻었다. 과포화된 상태에서 오스테나이트는 실험변수에 따라 각각 특징적인 $Ll_2$ ordering/ clustering 분해를 하였다. 비교적 저온 시효온도인 500℃에서 오스테나이트는 우선 continuous ordering에 의해 자유에너지를 낮추고, 이어서 spinodal 분해를 함께 겪게 된다. 중간 시효온도인 710℃에서는 γ'의 모양은 quasi-randomly distributed cuboids → rows of cubic particles → plates로 변해나간다. 또한 이때의 입자 성장 속도는 LSW (Lifshitz, Slyozov 와 Wagner)이론을 따랐다. 이러한 coupled ordering/clustering 현상은 $Ti^+$ (disordering instability), To (critical ordering), $Ti^-$(ordering instability)와 Ts (spinodal instability) 온도로 나누어진 준안정 상태도로써 정성적으로 잘 설명되어질 수 있다.
Fe-42.4wt%Ni-4.15wt%Al-0.45wt%C 합금의 823K 상분해를 투과전자현미경과 주사 투과 전자현미경으로 부터 얻어진 미세 구조사진, selected area diffraction pattern, micro-beam diffraction pattern과 micro probe 화학 분석으로 조사하였다. 기지에서는 $L'l_2$ 구조의 K 상이 zone formation process에 의해 형성되었다. 이러한 cubic perovskite carbide는 불연속 석출과정으로 생기는 입계 반응에 의해 점차 대체되어 갔다. 입계 석출물은 탄소가 고갈된 규칙화된 fcc 상 ($a_{\gamma'}=0.376 \pm 0.003nm)$과 시멘타이트 $(a_c=0.454 \pm 0.003nm, b_c=0.519 \pm 0.003nm, c_c=0.695 \pm 0.003nm)$로 구성되어있다. 시멘타이트에 니켈은 비교적 거의 고용되어 있지 않았으나 알루미늄은 어느 정도 포함되어 있었다. 이에 따라 시멘타이트 주위 영역은 니켈 양이 많아지게 되고, 따라서 이 영역에서의 탄소 농도가 희박함에도 불구하고 fcc 구조가 안정화 되었다. 입계 석출물 내부의 fcc 상과 시멘타이트 사이에는 Pitch 방위 관계가 만족되었다. 또한 {101} 시멘타이트 면들의 장범위 stacking fault modulation이 관찰되었다.
Fe-28.10wt%Ni-5.19wt%Al-0.36wt%C 합금에서 관찰되는 소위 tweed 구조를 투과전자 현미경, 고분해능 전자 현미경과 Ms 온도 측정으로 조사하였다. 973K 시효시 관찰되는 Ms 온도의 점진적 증가는 시효에 따른 입자 조대화와 K 상 형성에 따르는 기지에서의 탄소 농도 감소로 설명되어질 수 있다. Ms 온도 증가와 더불어 image에서의 {110}<$\overline{110}$> striation과 diffraction pattern에서의 streak들이 점차 명확해져 갔다. 그리고, striation과 streak 사이에 일대일 대응 관계가 만족되는 것으로 부터 이합금에서의 tweed 구조가 원자들의 static displacement에 의해 형성되었음을 알수 있다. Ms 온도가 더욱 증가함에 따라 기지 내부에서 마르텐사이트의 핵생성이 시작되었다. 형성된 마르텐사이트는 {112} 형태의 twin을 포함하였고, 기지와는 Bain 관계에서 약간 벗어난 방위 관계를 가졌다.
