Diffraction contrast tomography for the study of polycrystalline stainless steel microstructures and stress corrosion cracking

La tomographie en contraste de diffraction pour les études des microstructures polycristallines d’acier inoxydable et des fissures de la corrosion inter granulaire sous constraintes

¹ GKSS research centre, Geesthacht, Germany
e-mail: andrew.king@gkss.de
² ESRF, Grenoble, and MATEIS, INSA de Lyon, Villeurbanne, France,
e-mail: ludwig@esrf.fr
³ School of Materials, Manchester University, UK
e-mail: d.engelberg@manchester.ac.uk
⁴ Materials Performance Centre, Manchester University, UK
e-mail: james.marrow@manchester.ac.uk

Received: 2 December 2010
Accepted: 8 June 2011

Abstract

X-ray diffraction contrast tomography is a non-destructive technique for the 3D characterisation of polycrystalline microstructures containing up to a few 1000 grains. The sample is illuminated with a monochromatic beam of high energy synchrotron radiation. As the sample is rotated, and as grains pass through alignments for Bragg diffraction, diffraction spots are recorded on a 2D detector placed close behind the sample. The diffraction geometry is used to assign spots to the grains from which they arise, and to determine the crystallographic orientations of grains. The spots are used as projections of the grains to reconstruct the grain shapes. The technique has been applied to several materials science investigations in stainless steels, including the 3D characterisation of grain boundary networks, and in-situ studies of intergranular stress corrosion cracking.

Résumé

La tomographie en contraste de diffraction est une technique non destructive pour la caractérisation en trois dimensions des microstructures polycristallines comprenant jusqu’à plusieurs milliers de grains. L’échantillon est illuminé avec un faisceau synchrotron monochromatique, de haute énergie. Pendant la rotation de l’échantillon, les grains sont orientés de manière à diffracter le faisceau selon la loi de Bragg. Les tâches de diffraction sont détectées sur un détecteur 2D situé à quelques millimètres après l’échantillon. La géométrie de la diffraction est utilisée pour associer les tâches avec les grains d’origines et pour calculer l’orientation cristalline de ces grains. Les formes des tâches correspondent à la projection des grains et sont utilisées pour reconstruire leur forme respective. La technique a été utilisée pour quelques études sur des aciers inoxydables, par exemple pour la caractérisation 3D des réseaux des bords des grains, et des études in situ de la corrosion inter granulaire sous contraintes.