本期包含金屬材料領域論文7篇,涵蓋了高熵合金、鋁合金、形狀記憶合金等,國內科研單位包括北京科技大學、三峽大學、北京理工大學等(通訊作者單位)。
Vol. 199 目錄
1. Quantitative monitoring of the environmental hydrogen embrittlement of Al-Zn-Mg-based aluminum alloys via dynamic hydrogen detection and digital image correlation
采用動態氫檢測和數字圖像相關技術定量監測Al-Zn-Mg基鋁合金的環境氫脆
2. Ultrafast solution treatment to improve the comprehensive mechanical properties of superalloy by pulsed electric current
通過脈沖電流進行超快速固溶處理以改善高溫合金的綜合機械性能
3. Optimization of conflicting properties via engineering compositional complexity in refractory high entropy alloys
通過工程成分復雜性優化耐火高熵合金“相矛盾”的性能
4. Quantitative mapping of nanotwin variants in the bulk
納米孿晶變體的定量測繪
5. A new infinite solid solution strategy to design eutectic high entropy alloys with B2 and BCC structure
設計具有B2和BCC結構的共晶高熵合金的新型無限固溶策略
6. Temperature dependent deformation behavior and stacking fault energy of Fe40Mn40Co10Cr10 alloy
Fe40Mn40Co10Cr10合金的溫度相關變形行為和層錯能
7. Novel high-entropy alloys with high-density ε-D019 and abnormal phase transformation
具有高密度ε-D019和異常相變的新型高熵合金
SCRIPTA
Vol. 199, 1 July. 2021, 113853
1. Quantitative monitoring of the environmental hydrogen embrittlement of Al-Zn-Mg-based aluminum alloys via dynamic hydrogen detection and digital image correlation
采用動態氫檢測和數字圖像相關技術定量監測Al-Zn-Mg基鋁合金的環境氫脆
Keitaro Horikawa?
Keitaro Horikawa: horikawa@me.es.osaka-u.ac.jp
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113853
摘要
本研究開發了一種新型的分析系統,在大氣壓力下動態定量地監測Al-Zn-Mg基鋁合金的環境氫脆。該系統包括基于SnO2的半導體氫傳感器的氣相色譜法,數字圖像相關步驟,并使用慢應變率試驗機。該系統的應用表明,Al-Zn-Mg合金在塑性變形過程中,由于空氣中的水蒸氣與無氧化膜的合金表面發生化學反應而產生氫原子。數字圖像相關技術也證實了產生的氫原子在試樣表面造成了大量局部晶界裂紋,導致局部晶界斷裂。脆化斷口的氫原子數量是未脆化斷口的2.7倍。
SCRIPTA
Vol. 199, 1 July. 2021, 113879
2. Ultrafast solution treatment to improve the comprehensive mechanical properties of superalloy by pulsed electric current
通過脈沖電流進行超快速固溶處理以改善高溫合金的綜合機械性能
Shuyang Qin, Jianqiao Hao, Longge Yan, Xinfang Zhang?
Xinfang Zhang: xfzhang@ustb.edu.cn 北京科技大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113879
摘要
傳統的固溶(1120°C/4 h)和時效(845-1080°C/24 h)工藝是K417G高溫合金獲得預期微觀組織和保證優良力學性能的關鍵。研究發現,1000℃/10分鐘的脈沖固溶處理可以得到所研究的微觀組織。同時,脈沖過程可以快速改變有害γ/γ′共晶相的形貌,使共晶相附近的裂紋擴展由直接型向鋸齒型轉變,有利于提高性能。理論分析和計算結果表明,非均質相之間存在的高電流密度區域和系統熱力學勢壘的降低是初生γ′溶解和γ/γ′共晶形貌演變的根本原因。
SCRIPTA
Vol. 199, 1 July. 2021, 113839
3. Optimization of conflicting properties via engineering compositional complexity in refractory high entropy alloys
通過工程成分復雜性優化耐火高熵合金“相矛盾”的性能
Il Hwan Kim, Hyun Seok Oh?, Kwang Seok Lee, Eun Soo Park?
Hyun Seok Oh: hsoh@mit.edu
Eun Soo Park: espark@snu.ac.kr
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113839
摘要
由于成分空間有限,在大多數傳統合金中,強度-塑性(或熱導率)的平衡是不可避免的。在此,我們提出了一種基于機理的設計策略,通過考慮固溶硬化和晶格畸變的原子尺寸不匹配以及剪切不穩定性的價電子濃度,同時優化高溫(HT)強度、室溫(RT)塑性和高溫熱導率。作為測試案例,我們將二元W-Ta合金的成分空間擴展到W-Ta-V-Ti-Cr耐火高熵合金(RHEAs),現有的RHEAs(例如WTaVTiCr)表現出優越的HT強度(1073 K時為1210±43 MPa)和RT塑性(23.4±5.7%)。研究還表明,隨著溫度的升高,該材料的導熱率增加,理論上在2000 K時可以達到純W導熱系數的40%。因此,本工作提供了RHEAs的通用設計規則,使成分復雜性能夠有效地加以運用。
SCRIPTA
Vol. 199, 1 July. 2021, 113878
4. Quantitative mapping of nanotwin variants in the bulk
納米孿晶變體的定量測繪
Jan Schultheiß?, Lukas Porz, Lalitha Kodumudi Venkataraman, Marion Höfling, Can Yildirim, Phil Cook, Carsten Detlefs, Semën Gorfman, Jürgen Rödel, Hugh Simons
Jan Schultheiß: jan.schultheiss@ntnu.no
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113878
摘要
從鎂合金到壓電材料,晶體孿晶對許多材料的性能都是至關重要的。由于孿晶形成的開始階段對三軸力學邊界條件非常敏感,因此需要采用非破壞性的體顯微技術。彈性應變可以通過100-200納米分辨率的X射線衍射繪制。然而,這種方法不能用來表征應變與納米孿晶的相互作用。本文介紹了一種基于暗場X射線顯微鏡的方法,用于量化毫米尺度樣品中納米孿晶變體的密度,孿晶片的尺寸可小至幾十納米,位于嵌入的子體積(70 × 200 × 600 nm3)中。通過對高性能壓電材料中孿晶變體的局部密度與長距離應變場的相關性分析,驗證了該方法的有效性。該方法便于對納米尺度結構變化及其彈性驅動場進行直接和原位地測繪及量化,這是在納米尺度控制和設計材料性能的關鍵。
SCRIPTA
Vol. 199, 1 July. 2021, 113886
5. A new infinite solid solution strategy to design eutectic high entropy alloys with B2 and BCC structure
設計具有B2和BCC結構的共晶高熵合金的新型無限固溶策略
Xicong Ye?, Jinyan Xiong, Xin Wu, Chang Liu, Dong Xu, Wen Zhang, Dong Fang?, Bo Li
Xicong Ye: yexc@ctgu.edu.cn 三峽大學
Dong Fang: hill988@163.com 三峽大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113886
摘要
共晶高熵合金(EHEAs)因其優良的鑄造性能、細小且可控的微觀組織而受到金屬材料界的廣泛關注。然而,共晶EHEAs的設計方法仍然是一個挑戰。本文提出了一種新型的無限固溶體策略來設計EHEAs。采用這種策略,成功地制備了一系列由有序體心立方相(B2)和體心立方相(BCC)組成的EHEAs,且組織中存在納米結構的析出相。在本工作中,設計的一些合金展示出了良好的壓縮力學性能。
SCRIPTA
Vol. 199, 1 July. 2021, 113891
6. Temperature dependent deformation behavior and stacking fault energy of Fe40Mn40Co10Cr10 alloy
Fe40Mn40Co10Cr10合金的溫度相關變形行為和層錯能
Article 113891
A. K. Chandan, S. Tripathy, B. Sen, M. Ghosh, S. Ghosh Chowdhury?
A. Ghosh Chowdhury: 無聯系方式
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113891
摘要
對Fe40Mn40Co10Cr10高熵合金的層錯能(SFE)隨溫度的變化進行了實驗研究。利用透射電子顯微鏡(TEM)弱束暗場(WBDF)技術測量部分位錯之間的距離。該系統在室溫(RT)和-100℃下的SFE分別為37.7(±7)mJ/m2和19.5(±5)mJ/m2。由于SFE的降低,變形行為從RT時有限的孿晶形成和滑移主導轉變為-100℃下的FCC→HCP轉變和孿晶的混合模式。在-100℃條件下,孿晶和形變誘發馬氏體相變的同時發生使試樣具有了優越的強塑性結合。室溫下,該合金的SFE比等原子FeMnCoCrNi合金高42%。通過考慮合金化學成分的重新調整對ΔGγ→ε的影響可以理解在去除了Ni元素的條件下SFE的增加。
SCRIPTA
Vol. 199, 1 July. 2021, 113893
7. Novel high-entropy alloys with high-density ε-D019 and abnormal phase transformation
具有高密度ε-D019和異常相變的新型高熵合金
A. H. Xia, Z.L. Ma?, Z.Q. Xu, M. Wang, X.W. Cheng?, H.N. Cai
A. L. Ma: z.l.ma@bit.edu.cn 北京理工大學
A. W. Cheng: chengxw@bit.edu.cn 北京理工大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113893
摘要
析出強化被認為是改善工程結構材料的最有效途徑之一。然而,在合金中引入高密度的納米析出是一個巨大的挑戰。本工作利用晶格失配設計的概念,開發出了含有高密度ε-D019納米析出的CoFeNiVTa(Nb)高熵合金,該納米析出具有Widmanstätten圖案和與基體共格的界面。通過原子分辨率能量色散光譜分析,發現高度共格的六方ε-D019相的成分為(Co, Ni, Fe)3(V, Nb, Ta, Fe),且該相為亞穩相,可以異常轉化為δ-D0a相而不是η-D024相。用第一性原理計算證實了δ相比ε相具有優越的熱力學穩定性。高密度的Widmanstätten型ε-D019析出物有助于改善CoFeNiVTa(Nb)高溫合金的強度和摩擦性能。