本期包含金屬材料領域論文10篇,涵蓋了單晶、馬氏體鋼、高熵合金、鎂基合金、超強鋼等,國內科研單位包括臺灣成功大學、北京科技大學等(通訊作者單位)。
Vol. 197 目錄
1. Precise measurement of activation parameters for individual dislocation nucleation during in situ TEM tensile testing of single crystal nickel
鎳單晶原位TEM拉伸測試過程中單個位錯形核的激活參數的精確測量
2. Tensile behavior and inelastic strain recovery of Cu-Co nanolaminates
Cu-Co納米層狀結構的拉伸行為和非彈性應變回復
3. Ultrafine intralath precipitation of V(C,N) in 12Cr-1MoWV (wt.%) ferritic/martensitic steel
12Cr-1MoWV (wt.%) 鐵素體/馬氏體鋼中V(C,N)的超細板條內析出
4. 3D mapping of orientation variation and local residual stress within individual grains of pearlitic steel using synchrotron dark field X-ray microscopy
使用同步加速暗場X射線顯微鏡對珠光體鋼單個晶粒內的取向變化和局部殘余應力進行三維成像
5. Unveiling interactions of non-metallic inclusions within advanced ultra-high-strength steel: A spectro-microscopic determination and first-principles elucidation
揭示先進超高強度鋼中非金屬夾雜物的相互作用:光譜顯微鏡測定和第一性原理解釋
6. Inhibiting the detrimental Cu protrusion in Cu through-silicon-via by highly (111)-oriented nanotwinned Cu
用高(111)取向的納米孿晶銅抑制銅硅通孔中的有害銅突起
7. Modelling the effect of intrinsic radiation damage on mechanical properties: The crystalline-to-amorphous transition in zircon
本征輻照損傷對力學性能影響的模擬:鋯石從晶態到非晶態的轉變
8. Formation mechanism and stability of austenitic islands in carbides in a Ni-Cr-Fe based high-temperature austenitic alloy undergoing carburization
Ni-Cr-Fe基高溫奧氏體合金滲碳過程中碳化物中奧氏體島的形成機理及穩定性
9. Machine learning approach to predict new multiphase high entropy alloys
用機器學習方法預測新型多相高熵合金
10. Superior dehydrogenation performance of Mg-based alloy under electropulsing
鎂基合金在電脈沖作用下的優異脫氫性能
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113764
1. Precise measurement of activation parameters for individual dislocation nucleation during in situ TEM tensile testing of single crystal nickel
鎳單晶原位TEM拉伸測試過程中單個位錯形核的激活參數的精確測量
Xiaoqing Li?, Andrew M. Minor?
Andrew M. Minor: aminor@berkeley.edu
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113764
摘要
晶體缺陷(如位錯)的形核是機械變形的核心。本研究中,我們展示了一種在原位透射電子顯微鏡(TEM)拉伸測試中觀察單個位錯形核的技術,并從單個事件中測量與塑性相關的基本參數。我們的方法依賴于在定向單晶鎳樣品中通過自動圖像分析系統地檢測位錯滑移痕跡。利用從原位測試中識別單個缺陷痕跡,將累積概率函數應用于關聯位錯形核事件和相應的應力水平之間的關系。我們的分析允許使用一個樣品在一個拉伸試驗中的數據,對單個位錯形核事件的激活參數進行外推。從原位TEM納米力學測試中獲得的位錯形核激活參數的精確且定量的關聯可以為塑性計算模型提供直接的定量測量。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113781
2. Tensile behavior and inelastic strain recovery of Cu-Co nanolaminates
Cu-Co納米層狀結構的拉伸行為和非彈性應變回復
Rohit Berlia, Paul Rasmussen, Shize Yang, Jagannathan Rajagopalan?
Jagannathan Rajagopalan:jrajago1@asu.edu
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113781
摘要
宏觀尺度金屬試樣的力學響應通常是通過單軸拉伸試驗確定的,該試驗提供了楊氏模量和屈服強度等關鍵性能的直接測量結果。然而,由于實驗的挑戰,單軸拉伸實驗很少被用于研究金屬納米層板的力學行為。本文利用定制的微機電系統(MEMS)設備研究了四種不同層厚(h = 2,4,8,16 nm)的Cu-Co納米層狀結構的準靜態、單軸拉伸行為。實驗顯示,在h = 4 nm處有一個屈服強度峰值,而楊氏模量與h無關。令人驚訝的是,納米層狀結構在卸載過程中和卸載后回復了大量的非彈性變形(> 60%),并且隨著溫度的升高,這種回復得到了增強。本文討論了這種異常應變回復在Cu-Co納米層狀結構中存在的可能機制。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113787
3. Ultrafine intralath precipitation of V(C,N) in 12Cr-1MoWV (wt.%) ferritic/martensitic steel
12Cr-1MoWV (wt.%) 鐵素體/馬氏體鋼中V(C,N)的超細板條內析出
A. J. Rietema?, M.M. Hassan, O. Anderoglu, B.P. Eftink, T.A. Saleh, S.A. Maloy, A.J. Clarke, K.D. Clarke
A. J. Rietema: crietema@mines.edu
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113787
摘要
12Cr-1MoWV鐵素體/馬氏體(F/M)鋼是先進核反應堆燃料包殼的候選材料。因此,了解這些鋼在輻照環境下的微觀組織和力學性能之間的關系是至關重要的。本文首次揭示了常規熱處理12Cr-1MoWV鋼中存在超細尺度(2-5 nm)的V(C,N)板條內析出物。較低的N含量導致更細的板條內析出,而較高的N含量導致更大的,拉長的圓盤或針狀析出。N含量對析出相特性的影響顯著改變了強度,但對應變硬化行為沒有影響。更細的析出可能對輻照行為有影響,特別是它們作為缺陷源的能力。在常規熱處理的12Cr-1MoWV鋼中,超細尺度V(C,N)析出物的存在受N含量的控制,為調整F/M鋼的強度和核輻照響應提供了一種新的手段。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113783
4. 3D mapping of orientation variation and local residual stress within individual grains of pearlitic steel using synchrotron dark field X-ray microscopy
使用同步加速暗場X射線顯微鏡對珠光體鋼單個晶粒內的取向變化和局部殘余應力進行三維成像
A. Yildirim?, C. Jessop, J. Ahlström, C. Detlefs, Y. Zhang?
A. Yildirim: can.yildirim@esrf.fr
A. Zhang: yubz@dtu.dk
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113783
摘要
以納米分辨率評估嵌入式鋼晶粒中的局部殘余應力和取向仍然具有很大挑戰性。在本研究中,我們使用先進的同步加速器技術,暗場X射線顯微鏡來繪制珠光體鋼中兩種先共析鐵素體晶粒內的3D晶格變化,包括晶體學取向和晶格應變。我們發現樣品中存在高達0.5°的取向變化和高達1.8×10-3的壓縮彈性應變。測得的壓縮應變與晶格取向之間沒有直接關系。我們討論了變化的根源及其對制造過程和機械性能的影響。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113791
5. Unveiling interactions of non-metallic inclusions within advanced ultra-high-strength steel: A spectro-microscopic determination and first-principles elucidation
揭示先進超高強度鋼中非金屬夾雜物的相互作用:光譜顯微鏡測定和第一性原理解釋
Harishchandra Singh?, Tuomas Alatarvas?, Andrey A Kistanov, S Assa Aravindh, Shubo Wang, Lin Zhu, Brice Sarpi, Yuran Niu, Alexei Zakharov, F.M.F. de Groot, Marko Huttula, Wei Cao?, Timo Fabritius
Harishchandra Singh: harischandra.singh@oulu.fi
Tuomas Alatarvas: tuomas.alatarvas@oulu.fi
Wei Cao: wei.cao@oulu.fi
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113791
摘要
確定非金屬夾雜物(NMIs)對超高強度鋼的設計至關重要,因為它們對性能起著決定性作用,對于通過常規技術進行探測至關重要。本文利用先進的同步X射線吸收結合光電發射電子顯微鏡和第一性原理計算,提供了幾種NMI模型體系的結構、局部鍵合結構和電子性質,以及它們在鋼基體之間的交互作用機制。B K -, N K -, Ca L2,3-和Ti L2,3-邊緣光譜表明,額外的B傾向于導致h-BN,表現出與Ca2+的強相互作用。這些Ca2+基相也通過TiN趨于穩定,揭示了Ca2+的不規則配位。第一性原理計算進一步支持了觀察到的TiN和BN的非交互作用,其中發現了TiN和BN的不利組合和更大尺寸的Ca2+基夾雜物的穩定性。這些觀察結果有助于優化各種夾雜物和鋼基體之間的交互作用機制。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113782
6. Inhibiting the detrimental Cu protrusion in Cu through-silicon-via by highly (111)-oriented nanotwinned Cu
用高(111)取向的納米孿晶銅抑制銅硅通孔中的有害銅突起
Ting-Chun Lin, Chien-Lung Liang?, Shan-Bo Wang, Yung-Sheng Lin, Chin-Li Kao, David Tarng, Kwang-Lung Lin
Chien-Lung Liang:clliang@gs.ncku.edu.tw 臺灣成功大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113782
摘要
銅的突起現象是銅硅通孔(TSV)技術面臨的最大挑戰之一,其原因是熱退火過程中產生的熱應力積累和隨之而來的塑性變形。在此,我們提出了一種有效的方法,通過引入高度(111)取向的納米孿晶銅的TSV結構來抑制有害的銅突起。與普通的Cu結構相比,在250℃的熱退火過程中,納米孿晶結構的突起高度降低了70.3%。突起抑制歸因于高分數共格納米孿晶界與位錯的有效相互作用。低能共格孿晶界的存在阻礙了位錯滑移,使TSV增強,顯著抑制了突起。在250℃熱退火2 h后,電沉積納米孿晶Cu TSV展現出良好的熱穩定性;納米硬度分析顯示,顯微硬度損失很小,僅為6.7%。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113789
7. Modelling the effect of intrinsic radiation damage on mechanical properties: The crystalline-to-amorphous transition in zircon
本征輻照損傷對力學性能影響的模擬:鋯石從晶態到非晶態的轉變
Norbert Huber?, Tobias Beirau
Norbert Huber: norbert.huber@hzg.de
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113789
摘要
采用水平切高斯隨機場方法模擬了輻射誘導非晶化對鋯石(ZrSiO4)楊氏模量、泊松比和硬度的影響。模擬結果與之前的納米壓痕實驗結果基本一致。在~16%和~84%的非晶態體積分數下發生了兩個滲流轉變,導致楊氏模量的演化偏離線性。晶體區和非晶區之間的界面區域穩定了相當數量的非晶部分的硬度。該建模方法對預測與本征輻照損傷相關的各種材料力學性能的演化具有重要的應用前景。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113792
8. Formation mechanism and stability of austenitic islands in carbides in a Ni-Cr-Fe based high-temperature austenitic alloy undergoing carburization
Ni-Cr-Fe基高溫奧氏體合金滲碳過程中碳化物中奧氏體島的形成機理及穩定性
Shipeng Shu?, Xiaobing Hu, Maryam Kazemzadeh-Atoufi, Tao Liu, Anyu Shang, Mark B. Davis, Robin Ziebarth, Sandeep Dhingra, Robert D. Morgan, Yao Du, Peter W.Voorhees, David N. Seidman
Shipeng Shu: spshu@northwestern.edu
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113792
摘要
我們利用多尺度實驗技術研究了Ni-Cr-Fe基高溫合金在技術上重要的滲碳過程中的相變。研究了M23C6向M7C3相變過程中碳化物結構中形成的新型奧氏體島的形成及其穩定性。結果表明,隨著M7C3的長大,金屬原子在M23C6-碳化物中過度飽和,奧氏體島形核于M23C6/M7C3相變前沿。奧氏體島形成后,由于其較大的尺寸(直徑幾百納米)和較弱的吉布斯-湯姆遜效應,奧氏體島與基體的成分暫時保持平衡,但在碳化物內部保持相對穩定。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113804
9. Machine learning approach to predict new multiphase high entropy alloys
用機器學習方法預測新型多相高熵合金
Yegi Vamsi Krishna, Ujjawal Kumar Jaiswal, Rahul M R?
Rahul M R: rahulmr@iitism.ac.in
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113804
摘要
多主元高熵合金因其良好的性能和可調控的微觀組織而引起了研究界的廣泛關注。在本研究中,我們使用機器學習方法預測了含有固溶體和金屬間化合物(SS+IM)的多相合金體系,數據集為636種合金。使用的算法有邏輯回歸、決策樹、支持向量機分類器、隨機森林、梯度增強分類器和人工神經網絡(ANN)。ANN對試驗數據的精度達到了80%以上。通過對新型合金的制備和表征對預測結果進行了驗證,發現ANN對所研究合金體系的預測更為準確。對已建立數據集的統計分析揭示了妨礙成功預測的設計參數之間的重疊邊界。實驗數據證實了新型多相合金的形成。
SCRIPTA
Vol. 197, 1 May. 2021, 113788
10. Superior dehydrogenation performance of Mg-based alloy under electropulsing
鎂基合金在電脈沖作用下的優異脫氫性能
Guozhu Zhang, Shuyang Qin, Longge Yan, Xinfang Zhang?
Xinfang Zhang: xfzhang@ustb.edu.cn 北京科技大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113788
摘要
氫能作為促進全球能源轉型的可行技術途徑,已逐漸成為世界能源領域的熱點話題。為了解決固體儲氫材料中糟糕的脫氫動力學性能,本工作通過分析脫氫量、脫氫率、相組成和微觀組織,研究了電脈沖處理對鎂合金脫氫動力學性能的影響。經電脈沖處理后,脫氫起始溫度降低了39℃,最大脫氫速率由7.48 wt.% H2/h提高到了14.36 wt.% H2/h。電脈沖處理為提高儲氫材料的脫氫動力學性能提供了新的思路和方法。