Doctoral Thesis

Low-temperature plastic deformation of BCC metals with internal magnetic order

Final Thesis 6.64 MB Summary of Thesis 4.07 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Holzer, Ph.D.

Acad. year: 2022/2023

Supervisor: doc. Ing. Roman Gröger, Ph.D. et Ph.D.

Reviewers: prof. RNDr. Kristián Máthis, DrSc., Dr. Matouš Mrověc

Abstract:

While plastic deformation of body-centered cubic (bcc) metals at low temperatures is now well understood, the effect of internal magnetic order on mechanical properties and the effect of plastic deformation of internal magnetic order remain largely unexplained. The aim of this thesis is to elucidate the low-temperature plastic deformation of α-iron and chromium with focus on magnetism. It is investigated by slip-trace analysis of deformed specimens, electron backscattered diffraction, and transmission electron microscopy (TEM) where necessary. The internal magnetic
order in chromium is explored by means of magnetic neutron diffraction at SINQ facility of the Paul Scherrer Institute in Switzerland. The vibrating vample magnetometry is utilized to look for changes in mass susceptibility in order to discriminate between different magnetic states. The anomalous slip was found in a deformed chromium specimen for the first time. The dislocation network responsible for the anomalous slip is characterized by the g · b analysis in TEM, where a network of 1/2⟨111⟩ intersecting screw dislocations and their ⟨100⟩ junctions were observed to form on low-stressed {110} planes. Furthermore, twins produced by antitwinning
shear were found in chromium, but not in α-Fe. This phenomenon is explained using atomistic simulations employing semi-empirical interatomic potentials. The magnetism in α-iron is studied by the vibrating sample magnetometry and the results are reconciled using the Jiles-Atherton model. The magnetic domains in α-Fe were imaged by the Kerr microscopy and the results show that twins can effectively block the movement of domain walls and nucleate new ones.

Keywords:

α-Fe, chromium, low-temperature deformation, twinning, antitwinning, anomalous slip, internal magnetic order

Date of defence

29.11.2022

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Holzera se zaměřuje na mechanismy plastické deformace v atomárním měřítku ve dvou magnetických přechodových kovech s tělesně centrovanou kubickou strukturou – železu a chrómu – se zvláštním důrazem na souhru magnetických a mechanických vlastností. Takové zkoumání nebylo dosud provedeno a má velký význam, protože oba kovy jsou základními složkami pokročilých ocelí. Cíle práce byly beze zbytku naplněny a rozsah práce dokonce přesáhl původní plány. Získané výsledky poskytují cenné poznatky o mechanických vlastnostech a mechanismech degradace dvou důležitých konstrukčních materiálů. I když bylo zjištěno, že magnetismus se zdá mít malý vliv na vnitřní mechanické vlastnosti dvou bcc kovů, inverzní účinek deformace na vnitřní magnetické uspořádání se zdá být důležitý. Téma je velice aktuální a stanovené cíle byly splněny. Text práce je dobře strukturovaný, jasný a psaný výbornou angličtinou. Analýza je provedena pečlivě a se spoustou podrobných informací, neztrácí však logickou strukturu a zůstává srozumitelná. Text je podpořen pečlivě připravenými obrázky a mikrofotografiemi. Celkově je rukopis vynikající. V průběhu obhajoby Ing. Holzer odpověděl na dotazy oponentů a komise excelentně a prokázal svou schopnost provádět nezávislý vědecký výzkum jak v akademii, tak v průmyslu.

Language of thesis

English

Faculty

Středoevropský technologický institut VUT

Department

Central European Institute of Technology BUT

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (STIAMN)

Field of study

Advanced nanotechnologies and microtechnologies (PNTMT)

Composition of Committee

prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Kristián Máthis, DrSc. (člen)
Dr. Matouš Mrověc (člen)
prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. (člen)
Ing. Vojtěch Uhlíř, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Roman Gröger, Ph.D. et Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 166,48 kB

Reviewer’s report
prof. RNDr. Kristián Máthis, DrSc.

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 595,56 kB

Reviewer’s report
Dr. Matouš Mrověc

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 281,45 kB