Rev. Phys. Appl. (Paris) 21, 109-120 (1986)
DOI: 10.1051/rphysap:01986002102010900

Influence of the crystallographic parameters of the grain boundary/grains system on the intergranular precipitation of austenite in a ferritic iron-nickel alloy

N. Benfetima et L. Priester

Laboratoire de Métallurgie Physique, Bât. 413, Université Paris XI, 91405 Orsay, France

Abstract
The object of the research described in the present paper was to analyse the crystallographic parameters which may influence the formation on heating of austenite at ferrite grain boundaries in a Fe-4 % Ni alloy. In polycrystals, as opposed to bicrystals, the influence of the equilibrium structure of grain boundaries of the parent phase seems to be negligible ; this can be attributed to the relatively close energies of the random and moreover impure boundaries. On the other hand, extrinsic dislocations, which are the main non-equilibrium components of the intergranular structure, act as preferential nucleation sites. The morphology and the growth of the precipitates were strongly influenced by the misorientation between the ferrite grain boundary plane and the nearest possible low-energy ferrite-austenite interface in each grain. The observation of apparently single crystals of massive ferrite, which derived by cooling from austenite and developed on both sides of some grain boundaries was interpreted by a particular orientation relationship between the two original adjoining grains. Finally an attempt of a morphological classification of the intergranular coherent or partially coherent precipitates was made on the basis of the complex crystallographic « grain-boundary/grains/precipitate » system.

Résumé
L'objet des recherches présentées dans cet article est d'analyser les paramètres cristallographiques qui interviennent dans la formation au chauffage de l'austénite aux joints de grains de ferrite dans un alliage Fe-4 % Ni. Dans les polycristaux, contrairement aux bicristaux, la structure d'équilibre du joint de grains de la phase mère ne semble pas jouer un grand rôle; cette constatation est probablement due aux faibles différences d'énergies entre les joints « au hasard » qui de plus contiennent des impuretés ségrégées. En revanche, les dislocations extrinsèques qui sont les principaux défauts de la structure intergranulaire constituent des sites de germination préférentielle. La morphologie et la croissance des précipités sont fortement influencées par la désorientation, dans chaque grain de ferrite, entre le plan du joint et l'interface ferrite-austénite de faible énergie la plus proche. L'observation des cristaux uniques de ferrite massive, formés lors du refroidissement de l'austénite, développés de part et d'autre du joint, est interprétée à partir de l'existence de relations particulières entre les deux grains de la ferrite-mère. Enfin, un effort est tenté pour classer les différentes morphologies des précipités intergranulaires cohérents ou partiellement cohérents en fonction de la cristallographie du système complexe « joint de grains/ grains/précipité ».

PACS
6170N - Grain and twin boundaries.
6475 - Solubility, segregation, and mixing.

Key words
grain boundaries -- iron alloys -- nickel alloys -- precipitation -- Fe Ni alloy -- Fe sub 96 Ni sub 4 -- crystallographic parameters -- grain boundary grains system -- intergranular precipitation -- austenite -- ferritic iron nickel alloy -- polycrystals -- bicrystals -- equilibrium structure -- extrinsic dislocations -- morphology -- low energy ferrite austenite interface