《强度和塑性的同时增强纳米B2集群和低碳低合金钢nano-γ阶段》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2018-06-08
  • 纳米B2 FeCu下令集群和临界区铁素体组成的多相组织,回火马氏体和nano-γ阶段(恢复奥氏体)是通过两步热处理涉及临界区退火和临界区回火。实验钢与纳米铜沉淀和nano-γ阶段表现出高强度和高延展性的组合。实验钢的屈服强度和总延伸率从758增加?MPa和16.8%至984?MPa和29.5%在第二步临界区热处理?5分钟。高分辨率透射电镜(HRTEM)和三维原子探针(3DAP)的研究为纳米B2有序簇的高密度能够产生高强度提供了证据。一项原理计算表明,B2 FeCu纳米级簇的可行性和B2结构的稳定性与簇与BCC-Fe基体界面的相干应力场有关。的平均大小B2 FeCu nano-ordered集群4?与晶格常数为0.2893 nm?nm和取向的关系(1 1 0)B2 / /α(1 1 0)和(0 0 1)B2 / /α(0 0 1)。不同回火时间发现9R铜无孪晶结构。铜在铜沉淀的比例变化从24.4?在% % 61.2?与晶体结构的变化和增加沉淀的大小。从有序域强化、模量强化和晶格错配强化机制等方面讨论了屈服强度的显著提高。亮视场TEM图像和选定区电子衍射(SAED)模式发现和证明,主轴nano-γ阶段出席阶段回火马氏体和临界区铁氧体之间的界限。他们的大小在242 - 375年?长度和52 - 80年?nm宽。两针尖端nano-γ阶段只是在边界阶段结束,指示首选的发展方向。(1−1 1)γ平面nano-γ阶段是平行于(1−1 0)α面邻回火马氏体。nano-γ阶段加强可塑性的影响被瞬时加工硬化指数曲线显示。

    ——文章发布于2018年5月22日

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-11-06
    • 对于金属材料而言,将晶粒细化到超细晶/纳米晶可使材料强度提高数倍,但同时也造成了材料应变硬化能力的衰减甚至是丧失,难以避免地出现低塑性。本文发现了一种顺序激活的多级应变硬化(SMSH)行为,它能够使得高强度的超细晶共晶高熵合金(EHEA)保持有效的应变硬化能力。依靠结构异质、晶粒尺寸控制、晶内成分精调的三级设计思路,突破了共晶高熵合金的中高堆垛层错能及超细晶尺度伴随的低孪生倾向,成功引入了顺序激活的多类型形变纳米孪晶,同时复合两级尺度的异质变形硬化效应,创新性地开发出一种顺序激活的多阶段应变硬化机制,往高强度的超细晶共晶高熵合金中注入了持续且有效的应变硬化能力,实现了共晶高熵合金的超优强塑性结合。 在科学研究、关键应用及节能减排等方面,设计制备兼具高强度和高延展性的材料一直是各国研究者持续关注的焦点。通常,将金属材料的晶粒细化到超细晶/纳米晶后,能够获得数倍于粗晶材料的强度,但由于超细的晶粒内无法有效储存位错,这将造成应变硬化能力的严重损失,合金表现出极低的拉伸塑性。迄今为止,人们一直在努力探索各种改善细晶材料应变硬化的机制,如形变纳米孪晶,以此尝试提高超细晶材料的拉伸塑性。但形变孪晶的产生首先要求材料具有较低的堆垛层错能(SFE),此外,在超细晶材料中,形变孪晶所需要的高激活应力会极大地削弱这种应变硬化机制。即使是某些低SFE的金属材料,当晶粒尺寸<500nm,虽然获得了1GPa以上的高屈服强度,但仍无法阻止塑性的严重牺牲。 共晶高熵合金是一种广受关注的新型合金体系,具有良好的铸造流动性,凝固组织呈现出特有的规则排列的双相层状结构。已有的研究结果证明,共晶高熵合金特有的双相层状结构能够触发显著的异质变形诱导的强硬化去改善力学性能(《Nature Communications》https://doi.org/10.1038/s41467-019-08460-2)。近日,上海大学材料学院钟云波团队,创新性地将多类型形变纳米孪晶与多尺度异质变形硬化效应多重耦合,开发出一种顺序激活的多阶段应变硬化机制,相关研究结果以题为“Multistage work hardening assisted by multi-type twinning in ultrafine-grained heterostructural eutectic high-entropy alloys”为题,发表在国际顶尖杂志《Materials Today》(IF=26.416)上。
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    • 导读:本文开创性地结合Mg基双相金属玻璃与梯度纳米晶结构,成功设计出多级纳米结构镁合金,将梯度纳米晶镁合金延伸率提升至20%,恢复至未SMAT(粗晶)镁合金的延展性。同时,合金屈服强度得以保存在230MPa,与SMAT镁合金强度相当。多级纳米结构镁合金的优异力学性能由三种变形机制协同作用:双相金属玻璃发生多重剪切带与纳米晶化,金属玻璃阻挡裂纹延伸,SMAT纳米晶层晶粒长大。通过结合异质金属玻璃与梯度纳米晶,类似的新型纳米结构可以得到高强度高塑性铜(见补充材料)。这一合金设计理念有望在其他合金体系实现高强度与高延伸性的结合。 镁合金由于高强度低密度的特点,在航空航天,汽车自动化,生物医用合金等领域具有广泛应用前景。吕坚院士团队在先前工作中发现非晶包裹纳米晶的超纳双相镁合金可实现近理论强度(Nature 545, 80-83 (2017))。 基于此,研究人员设计出全新多级结构镁合金:首先使用表面机械研磨处理(SMAT)镁合金表面得到梯度纳米晶,再通过磁控溅射在合金表面沉积Mg基双相金属玻璃薄膜。这一设计理念结合双相金属玻璃与梯度纳米结构的优势,成功在合金强度提升31%的基础上维持良好的拉伸塑性(20%)。合金的优异塑性变形能力由双相金属玻璃的多重剪切带变形及纳米晶化,双相金属玻璃阻挡SMAT纳米晶层裂纹延伸,以及SMAT纳米晶层在变形时晶粒长大协同提供。 相关成果以“Nano-dual-phasemetallic glass film enhances strength and ductility of a gradient nanograinedMagnesium alloy”为题发表在《AdvancedScience》(IF=15.84)。论文第一作者为刘畅博士(现德国马普钢铁研究所博士后)。通讯作者为吴戈博士(现德国马普钢铁研究所博士后)和吕坚教授。其他作者还包括刘勇教授,王庆研究员,刘晓伟副研究员和鲍岩博士生。 论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202001480 表面机械研磨处理(SMAT)通过在合金中引入梯度纳米结构可以有效提升合金强度。然而,之前研究表明SMAT镁合金表面的纳米晶层在塑性变形时发生脆性断裂,严重降低合金变形能力。本研究通过磁控溅射沉积13 µm 厚Mg-Zn-Ca双相金属玻璃(NDP-MG)在SMAT Mg合金表面,阻挡纳米晶层裂纹延伸,启动纳米晶层晶粒长大机制,同时实现高强度与高延伸率。 图1. Mg-Zn-Ca双相金属玻璃(NDP-MG)的结构与成分。a) 原子探针层析技术(APT)三维重构图,显示螺旋柱状结构,其中Ca在界面处富集(由7at.%的Ca等浓度面显示)。b) 从图(a)中截取的5-nm厚俯视薄片图,展示富Ca区形貌。c) 与图(b)对应2D Ca浓度分布图。d) 俯视TEM界面图,展示~5-nm 厚的富Ca区(亮区)位于贫Ca区(暗区)界面处。e) 使用7at.% Ca 等浓度面计算出的1D成分图,定量的展示了富Ca非晶相与贫Ca非晶相的成分。 图2.纳米梯度SMAT镁合金的结构与机械性能。a) 典型明场透射电镜(TEM)照片展示纳米晶层结构。取样位置:距离SMAT表面20 μm。插图为TEM样品的选区电子衍射(SAED)花样。SAED花样上的圆环特征显示纳米晶具有较弱的晶体织构。b) 高分辨透射电镜(HRTEM)图片显示纳米晶的晶格结构,带轴:[2 -1 -1 0]。插图是图(b)对应的快速傅里叶变换(FFT)图。c) 图3.双相金属玻璃+SMAT(NDP-MG coated SMAT-H′)镁合金室温力学性能。真实应力-应变曲线:黑色,未处理(base)镁合金;深黄色,SMAT-L镁合金;蓝色,SMAT-H镁合金;红色, NDP-MG coated SMAT-H′镁合金。插图分别为SMAT-H以及NDP-MG coated SMAT-H′镁合金在6%真实应变下的横截面SEM图,展示NDP-MG成功阻挡裂纹延伸。 图4. NDP-MG变形前(a)与拉伸6%形变后(b)SEM形貌,显示NDP-MG界面处产生多剪切带。(c)TEM横截面观察NDP-MG depositedSMAT-H’合金在20%真实应变后结构演变。可以看到纳米晶层出现晶粒长大并可以观察到位错,双相金属玻璃NDP-MG出现初生剪切带。(d)HRTEM观察到NDP-MG在变形过程中发生纳米晶化,插图为相应的SAED图。