其有关的能量丧失称为堆垛层错能 (SFE)

按照过去几十年进行的先前研究,正在具有高SFE的拉伸载荷Fe-Mn-Al-C钢中也没有发觉变形孪晶(孪晶上限约为50 mJ/m 2),这是一种很有前途的材料类别因为其低质量密度、优异的机械机能和低成本,合用于高要求的工程使用。Fe-Mn-Al-C轻钢的变形最后以位错的平面滑移为从,跟着变形的进行,它进一步演变成由高密度位错构成的滑带,虽然对于这些合金来说,更高的强度-延展性系统仍然无法获得,由于可用的应变软化机制仍然局限于位错及其取晶界和析出物的彼此感化。孪晶塑性(TWIP)效应做为一种高效的应变软化和增韧机制,可实现有吸引力的机械机能,但因为它们的高SFE,这些材料仍然无法获得。

总之,我们展现了正在具有很是高SFE(~79 mJ/m 2)的基于FCC的轻质CCS(毫米级)的准静态拉伸测试期间变形纳米孪晶的激活,这是一种风趣的机制组合,具有根基相关性正在金属材料的塑性变形范畴。因为ķκ-碳化物和B2相,通过我们特定的合金设想策略,CCS 显示出很是高的拉伸应力,从而达到了迄今为止保守轻钢无法达到的临界孪晶应力。高应力孪晶现象正在变形后期供给了显著的应变软化,从而了基体和B2相之间非共格界面处裂纹的形核,从而导致材料具有优异的延展性。因而,我们的研究显示了一种有前途的设想策略,通过触发具有高SFE的高机能布局材猜中以前无法实现的变形机制,以提高其机械机能。前往搜狐,查看更多

图3 为了更好地领会这些机械孪晶的构成机制,我们进行了原位TEM拉伸试验(图 3 a – h)。

图2 我们利用大块样品正在室温下以 1 × 10 -3 s -1的相对低应变率对材料进行了拉伸试验。典型的线 GPa 的超高实抗拉强度。我们CCS的如斯高强度显著优于先前设想的具有雷同SFE的轻钢(见图 2a)。除了高密度的位错外,图 2b中的高角度环形暗场(HAADF)STEM 图像显示正在该应变阶段构成了多个平行薄板。高分辩率HAADF STEM察看清晰地了原子平面的孪晶(图 2c),响应的FFT图进一步显示了110基体//011孪晶系统,这是FCC合金中常见的孪晶系统(图2c、2d )。

如上所述,正在准静态拉伸载荷前提下,具有如斯高SFE的散拆材料凡是不成能发生变形孪晶。CCS是通过将高熵合金(HEA)的概念使用于保守轻质Fe-Mn-Al-C钢的从头设想而开辟的一类材料。由高熵概念引入的成分度答应将材料的全体成分改变为构成奇特的双纳米沉淀夹杂物的形态ķķ-碳化物(有序面心立方,FCC)和B2(有序体心立方,BCC)相成为可能,发生激活机械孪晶所需的高强度。通过成分度实现的双纳米沉淀有帮于我们的CCS中高达1.9 GPa的超高实正在拉伸应力。强化感化加强了流动应力,达到了机械孪晶起头的高临界值。反过来,纳米孪晶的构成可以或许实现进一步的应变软化和增韧机制,从而提高机械机能。相关研究以题“High stress twinning in a compositionally complex steel of very high stacking ult energy”颁发正在国际出名期刊nature communications上。

图 1显示了材料正在多个长度标准上的微不雅布局。该合金正在奥氏体 γ (FCC) 基体中表示出带有B2相的部门再结晶布局,由反极图(IPF) (图 1a )和从电子背散射衍射(EBSD)获得的相图 (图 1b )显示。按照多张EBSD图,显微组织中的再结晶区域占57%,平均晶粒尺寸约为1.5 μm,其余(43%)是未再结晶区域,平均尺寸较大,约为10 μm。图 1c中的明场(BF)扫描透射电子显微镜(STEM)图像显示了正在晶粒内部和晶界处几乎平均分布的析出物,尺寸为数百纳米。BF STEM阐发(图 1c)还显示了第二种沉淀物的构成(确定为ķķ-碳化物)取 B2相一路,通过笼盖B2相和γ基体之间的界面区域(白色箭头)或取类似尺寸的B2沉淀物(黑色箭头)慎密接触。

图4 我们通过随后的高分辩率TEM阐发进一步研究了原位TEM拉伸试验后裂纹附近的样品区域。正在图 4a中能够看到多个双胞胎,高分辩率TEM图像显示出双胞胎布局(图 4b)。正在原位拉伸试验后也检测到多个堆垛层错(图 4a)。图 4c中的TEM图像了FCC矩阵华夏子的错误堆叠序列。

导读:正在尺度载荷下,正在具有很是高的层错能 (SFE) 的块状面心立方 (FCC) 合金中很少发觉变形孪晶。正在这里,基于准静态拉伸尝试的成果,我们演讲了微米级成分复杂钢(CCS)中的变形孪晶,其SFE高达~79 mJ/m 2,远高于用于FCC钢孪晶的SFE机制( ~50 mJ/m 2) 演讲。通过成分度实现的双纳米沉淀有帮于我们的CCS中高达1.9 GPa的超高实正在拉伸应力。强化感化加强了流动应力,达到了机械孪晶起头的高临界值。反过来,纳米孪晶的构成可以或许实现进一步的应变软化和增韧机制,从而提高机械机能。高应力孪晶效应引入了迄今为止尚未开辟的强化和增韧机制,从而可以或许设想具有改良机械机能的高SFEs合金。

但正在具有相对较高SFE的块状材猜中凡是不存正在。孪晶、堆垛层错和位移相变由部门位错照顾,部门位错将晶款式部改变为错误的构型,可是当被激活时,正在活动学上,从而发生堆垛层错。但后三种机制会发生对称性,孪晶、堆垛层错和位移相变能够付与金属优异的应变软化特征,这种晶体缺陷称为堆垛层错,虽然前一种缺陷(即位错)的活动连结晶格共格性,出于这个缘由,因而,具有高SFE的块状合金曲到今天还没有出由机械孪晶和堆垛层错供给的超卓应变软化储蓄。针对上述问题,表示为稠密原子平面的堆叠挨次的变化。节制结晶金属材料机械机能的塑性变形机制包罗位错、孪晶、堆垛层错和位移相变。其相关的能量丧失称为堆垛层错能 (SFE)。它们具有比完全晶格位错更小的自能,中南大学粉末冶金国度沉点尝试室李志明传授团队演讲了SFE约为79 mJ/m 2的轻质复杂成分钢 (CCS) 中的变形孪晶和相关的高强化效应?