Ultrasonic velocity and texture of high RRR niobium

Vitesse ultrasonore et texture du niobium de haut RRR

¹ University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA
² Jefferson Lab, Newport News, Virginia, USA

Abstract

Conventional assessments of the mechanical properties of rolled high RRR niobium plate material via tensile testing have revealed an unusually low apparent Young’s moduli and yield strength in some annealed samples. These observations motivated a series of measurements of ultrasonic velocity, a dynamic assessment of the elastic moduli. In fact, the dynamic modulus is within the range of normal for all samples tested. However, there is a trend of increasing shear velocities for shear waves propagating through the sheet thickness and polarized in the sheet transverse direction. Careful analyses of the crystallographic texture using SEM-based electron backscattered diffraction (EBSD) have revealed a subtle, but systematic change in the texture, which can explain the trend. It is further important to note that the change in texture is not observable from surface measurements using X-ray diffraction, but requires sectioning of the samples. Thus, measurements of ultrasonic velocity represent a non-destructive evaluation tool which is extremely sensitive to subtle changes in the texture of high RRR niobium. Finally, there are material lot variations, which are currently attributed to the effects of impurities, such as Ta and H.

Résumé

L’évaluation conventionnelle par des essais de traction, des propriétés mécaniques du niobium de RRR élevé, laminé en plaques, ont révélé un module d’Young apparent et une limite d’élasticité exceptionnellement bas. Ces observations ont motivé une série de mesures de vitesse ultrasonore, destinée à la détermination dynamique des modules élastiques. En fait, le module dynamique est situé dans le domaine normal pour tous les échantillons testés. Cependant, il apparaît une tendance à la croissance des vitesses de cisaillement pour les ondes de cisaillement se propageant à travers l’épaisseur de la plaque et polarisées dans la direction transverse de la plaque. Des analyses précises de texture cristallographique par EBSD ont montré un changement de texture subtil mais systématique qui peut expliquer la tendance observée. Il est important de noter que le changement de texture n’est pas observable par des mesures en surface utilisant la diffraction des rayons X mais qu’il faut sectionner les échantillons. Ainsi, les mesures de vitesse ultrasonore représentent un outil d’évaluation non destructive qui est extrêmement sensible aux variations fines de texture du niobium de RRR élevé. Finalement, il y a des variations liées au lot de métal qui sont couramment attribuées aux effets des impuretés telles que Ta et H.