Regular Article

On the evaluation of dislocation densities in pure tantalum from EBSD orientation data

Sur l’évaluation des densités de dislocations dans le tantale pur à partir de données d’orientation EBSD

¹ LEM3, Université de Lorraine/CNRS/Arts et Métiers ParisTech, 7 rue Félix Savart, 57070 Metz, France
² Mines ParisTech, CEMEF - Center of Materials Forming, UMR CNRS 7635, BP 207, 06904 Sophia Antipolis Cedex, France
³ CEA Valduc, 21120 Is-sur-Tille, France
⁴ ICMMO, UMR CNRS 8182, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay, 91405 Orsay Cedex, France
⁵ Laboratoire Léon Brillouin, (CEA-CNRS), CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France

^* e-mail: claude.fressengeas@univ-lorraine.fr

Received: 17 September 2018
Accepted: 12 November 2018

Abstract

We analyze measurements of dislocation densities carried out independently by several teams using three different methods on orientation maps obtained by Electron Back Scattered Diffraction on commercially pure tantalum samples in three different microstructural states. The characteristic aspects of these three methods: the Kernel average method, the Dillamore method and the determination of the lattice curvature-induced Nye’s tensor component fields are reviewed and their results are compared. One of the main features of the uncovered dislocation density distributions is their strong heterogeneity over the analyzed samples. Fluctuations in the dislocation densities, amounting to several times their base level and scaling as power-laws of their spatial frequency are observed along grain boundaries, and to a lesser degree along sub-grain boundaries. As a result of such scale invariance, defining an average dislocation density over a representative volume element is hardly possible, which leads to questioning the pertinence of such a notion. Field methods allowing to map the dislocation density distributions over the samples therefore appear to be mandatory.

Résumé

On analyse les mesures de densités de dislocations effectuées indépendamment par plusieurs équipes en utilisant des méthodes différentes sur des cartes d’orientations obtenues par Electron Back Scattered Diffraction sur des échantillons de tantale commercialement pur dans trois états métallographiques différents. Les trois méthodes utilisées : la méthode du Kernel Average, la méthode de Dillamore et la méthode de détermination des composantes du tenseur de Nye induites par les courbures de réseau sont rappelées et analysées, et les résultats comparés. L’un des aspects essentiels des distributions de densités de dislocations, obtenues dans l’analyse des échantillons, est leur forte hétérogénéité. Des fluctuations de densité de dislocations s’élevant à plusieurs fois leur niveau de base, et s’exprimant en lois-puissance de leur fréquence spatiale sont observées le long des joints de grains et à un moindre degré le long des sous-joints de grains. Il résulte d’une telle absence d’échelle caractéristique que la définition d’une densité de dislocation moyenne sur un élément de volume représentatif pose problème, ce qui conduit à s’interroger sur la pertinence de cette notion. L’emploi de méthodes à champ complet permettant de dresser des cartes de densités de dislocations sur les échantillons analysés semble donc inévitable.