本期包含金屬材料領域論文12篇,涵蓋了高熵合金、復相鋼、高溫合金、形狀記憶合金等,國內科研單位包括北京大學、上海交通大學、西安交通大學、中南大學、湖南大學等(通訊作者單位)。
Vol. 200 目錄
1. Effects of grain boundaries and nano-precipitates on helium bubble behaviors in lanthanum-doped nanocrystalline steel
晶界和納米析出對摻鑭納米鋼中氦泡行為的影響
2. Influence of chronological control of transformation on the microstructure and mechanical properties of complex phase steels
相變順序控制對復相鋼組織和力學性能的影響
3. Interfaces Reduce Dislocation Loop Formation in Irradiated Nanolayered Zr-2.5Nb
界面減少了輻照納米層狀Zr-2.5Nb中位錯環的形成
4. Three-dimensional analysis of the precipitation behavior of 18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N steel at 973 K
973 K下18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N鋼析出行為的三維分析
5. In situ synchrotron diffraction study of a crack-free additively manufactured Ni base superalloy
無裂紋增材制造鎳基高溫合金的原位同步輻射研究
6. Persistent slip observed in TiZrNbHfTa: A body-centered high-entropy cubic alloy
體心立方高熵合金TiZrNbHfTa中觀察到的持久滑移
7. Bulk NiTiCuCo shape memory alloys with ultra-high thermal and superelastic cyclic stability
具有超高熱穩定性和超彈性循環穩定性的塊狀NiTiCuCo形狀記憶合金
8. Characterization of nano precipitate phase in an as-extruded Zn-Cu alloy
擠壓態鋅銅合金中納米析出相的表征
9. Enhancing strength-ductility synergy in a casting non-equiatomic NiCoCr-based high-entropy alloy by Al and Ti combination addition
Al和Ti元素共添加增強鑄造非等原子NiCoCr基高熵合金的強塑性協同效應
10. A carbide-reinforced Re0.5MoNbW(TaC)0.8 eutectic high-entropy composite with outstanding compressive properties
具有優異壓縮性能的碳化物強化Re0.5MoNbW(TaC)0.8共晶高熵復合材料
11. High temperature in situ SEM assessment followed by ex situ AFM and EBSD investigation of the nucleation and early growth stages of Fe-Al intermetallics
對Fe-Al金屬間化合物的形核和早期生長階段進行高溫原位SEM評估與隨后的非原位AFM和EBSD研究
12. Microstructure and strengthening mechanisms of nanolamellar structures in ultrastrong drawn iron wires
超強拉拔鐵絲中納米層狀結構的微觀組織及強化機理
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113900
1. Effects of grain boundaries and nano-precipitates on helium bubble behaviors in lanthanum-doped nanocrystalline steel
晶界和納米析出對摻鑭納米鋼中氦泡行為的影響
Haocheng Liu, Jia Huang, Chenxu Wang, Songqin Xia, Wei Ge, Qingyuan Liu, Yue Su, Zhiying Gao, Shuang Zhao, Congcong Du, Liuxuan Cao, Tongde Shen, Yugang Wang?
Yugang Wang: ygwang@pku.edu.cn 北京大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113900
摘要
在先進核系統中,氦的積聚會加速結構材料的失效。納米結構材料可以通過為氦泡提供更多的形核位點來緩解氦效應。摻鑭的304奧氏體納米不銹鋼(NC304-La)具有超細且穩定的納米晶粒(直徑~45 nm),并具有高密度的細小納米析出。本文將氦離子注入NC304-La,并在不同溫度下進行退火處理。研究發現,結合了納米晶鋼和氧化彌散強化鋼的關鍵特性,NC304-La展現出優異的抗氦泡膨脹性能。我們表征了氦泡與NC304-La中晶界和納米析出物這兩種特征之間的相互作用。通過對此體系中氦泡的熱處理相關行為的詳細研究,提出了NC304-La中抗氦泡粗化的機理。
SCRIPTA
Vol.200, 15 July. 2021, 113892
2. Influence of chronological control of transformation on the microstructure and mechanical properties of complex phase steels
相變順序控制對復相鋼組織和力學性能的影響
Hong-Bum Lee, Ho Hyeong Lee, Young-Beum Song, Jinhee Ham, Yong JinKim, Hong-Kyu Kim, Dong-Woo Suh?
Dong-Woo Suh:dongwoo1@postech.ac.kr
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113892
摘要
我們研究了相變順序對由貝氏體和馬氏體組成的復相鋼組織演變和力學性能的影響。當馬氏體相變發生在貝氏體相變之前時,最終組織為均勻分布的板條狀貝氏體和馬氏體;當貝氏體相變發生在馬氏體相變之前時,最終組織為板條狀貝氏體和富碳的塊狀馬氏體。盡管富碳塊狀馬氏體的存在更有效地提高了合金的強度,但少量馬氏體的存在就會顯著降低合金的沖擊韌性。另一方面,均勻的板條狀馬氏體和貝氏體的混合可以在馬氏體含量高達70%時,保持沖擊韌性或者造成其中等程度的降低,這被認為是在不影響沖擊韌性的情況下提高復相鋼強度的非常有利的選擇。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113902
3. Interfaces Reduce Dislocation Loop Formation in Irradiated Nanolayered Zr-2.5Nb
界面減少了輻照納米層狀Zr-2.5Nb中位錯環的形成
Jie-Wen Zhang, Si-Mian Liu, Wei-Zhong Han?
Wei-Zhong Han: wzhanxjtu@mail.xjtu.edu.cn 西安交通大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113902
摘要
界面工程是減少輻照缺陷在金屬中積累的有效方法。本文研究了氦和氪離子輻照納米層狀Zr-2.5Nb中,界面對位錯環形成的影響。納米層狀α/β-Zr雙相結構在400℃照射至20 dpa后仍保持穩定。在界面處形成了寬30 ~ 40 nm的位錯剝蝕區。由于界面加速了點缺陷的復合,納米層狀樣品中a環和c環的數量密度和尺寸都變小了。這些結果表明,α/β-Zr界面有效減少了位錯環的形成。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113904
4. Three-dimensional analysis of the precipitation behavior of 18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N steel at 973 K
973 K下18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N鋼析出行為的三維分析
Tomotaka Hatakeyama?, Kota Sawada, Toru Hara, Kaoru Sekido, Kazuhiro Kimura
Tomotaka Hatakeyama: hatakeyama.tomotaka@nims.go.jp
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113904
摘要
通過觀察18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N鋼蠕變試樣在973 K/50214.3 h后斷裂的握持部位,探討了該鋼蠕變過程中的顯微組織演變。結合聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)系列切片與機器學習的圖像處理相結合,對鋼的析出行為進行了三維可視化。結果表明,σ相粗化導致M23C6相在晶界上的消耗和Cu相在σ相與基體界面的聚集。σ相的形成引起了M23C6相的晶界析出強化和Cu相在σ相附近的析出強化貢獻的降低,進而導致了長期蠕變過程中的過早失效。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113896
5. In situ synchrotron diffraction study of a crack-free additively manufactured Ni base superalloy
無裂紋增材制造鎳基高溫合金的原位同步輻射研究
Kartik Prasad?, Yuuki Horita, Atsushi Ito, Shiro Torizuka
Kartik Prasad: kartik@eng.u-hyogo.ac.jp
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113896
摘要
用原位同步X射線衍射法研究了無裂紋增材制造(AM)Ni基高溫合金及其變形(W)合金的拉伸變形行為。為了了解位錯特性、位錯密度(ρ)、共格散射疇大小(D)和位錯排列參數(M)的演化,采用修正的Williamson-Hall和修正的Warren-Averbach方法對前六個{hkl}反射的衍射數據進行了分析。在彈性和塑性變形過程中,AM合金的ρ值均高于W合金。在塑性變形過程中,W合金中刃位錯和螺位錯的比例幾乎相等,而AM合金中螺位錯的比例較高。對于AM高溫合金中初始ρ值較高和D值無效的特點,提出了對已成型零件進行熱處理的建議。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113895
6. Persistent slip observed in TiZrNbHfTa: A body-centered high-entropy cubic alloy
體心立方高熵合金TiZrNbHfTa中觀察到的持久滑移
Masaki Tanaka?, Shinji Okajo, Shigeto Yamasaki, Tatsuya Morikawa
Masaki Tanaka: masaki@zaiko.kyushu-u.ac.jp
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113895
摘要
本文評估了TiZrNbHfTa的滑移特性,得出了ψ-χ關系,其中χ定義為最大剪應力平面與(-101)之間的夾角,ψ定義為表觀滑移面與(-101)之間的夾角。用聚焦離子束在單個晶粒中制備出微米大小的懸臂梁,進而進行彎曲試驗。對于Fe-Si合金來說,滑移帶在微米尺度上是連續的,這表明存在持續的滑移。然而,ψ-χ關系表明ψ與χ基本相同,表明不存在持續滑移。用原子力顯微鏡的詳細觀察證實,在亞微米尺度上,交滑移是如此頻繁,以至于滑移帶看起來是連續的,且在微米尺度上觀察到了最大剪應力面。在這里,TiZrNbHfTa表現出異常頻繁的交滑移,這是體心立方高熵合金的一個新特征。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113899
7. Bulk NiTiCuCo shape memory alloys with ultra-high thermal and superelastic cyclic stability
具有超高熱穩定性和超彈性循環穩定性的塊狀NiTiCuCo形狀記憶合金
Aslan Ahadi?, Amir Sabet Ghorabaei, Hassan Shirazi, Mahmoud Nili-Ahmadabadi
Aslan Ahadi: Aslan.Ahadi@ut.ac.ir
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113899
摘要
在NiTiCuCo薄膜中,形狀記憶合金在數百萬次循環中依然保持穩定的功能性能。眾多學者提出這種超低功能疲勞的機理是由共格Ti2Cu析出相周圍的外延應變引起的。盡管充分了解了微觀組織的起源,但是這種抗疲勞性能從未在塊體NiTiCuCo合金中實現過。在本研究中,我們首次表明,在熱相變下,半共格Ti2Cu析出相有助于滿足相容性標準。在600°C時效1小時后,塊狀粗晶Ti54Ni31.7Cu12.3Co2的熱穩定性達到了前所未有的水平,其中循環200次相變溫度遷移了0.1°C左右。為了獲得穩定的超彈性響應,提出了一種熱機械加工的方法,獲得了嵌入Ti2Cu析出相的均勻納米晶組織。這種微結構大大改善了超彈性循環穩定性,200次超彈性循環下平臺應力改變了~ 22 MPa。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113907
8. Characterization of nano precipitate phase in an as-extruded Zn-Cu alloy
擠壓態鋅銅合金中納米析出相的表征
Jimiao Jiang, Hua Huang?, Jialin Niu, Zhaohui Jin, Matthew Dargusch, Guangyin Yuan?
Hua Huang: huangh@sjtu.edu.cn 上海交通大學
Guangyin Yuan: gyyuan@sjtu.edu.cn
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113907
摘要
Zn-Cu基合金具有優異的抗自老化性能、強度與延展性的結合以及良好的生物相容性,是可生物降解心血管支架的重要合金系列,具有廣闊的應用前景。一般來說,納米析出是增強這些合金的有效途徑。在Zn-Cu基合金中,先前的研究僅觀察到了亞微米或微米尺寸的第二相。本研究中,我們用透射電鏡首次表征了擠壓態Zn-2.0wt.%Cu合金中納米析出相,確定了其為富Cu的六方ε (CuZn4)相。此納米析出相呈棒狀,沿[02-21]η方向以特定角度與基體基面對稱分布,展現出和基體近似的共格關系?;谧杂赡茏钚』碚?,分析了這些納米析出相的形狀及其與基體的取向關系。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113898
9. Enhancing strength-ductility synergy in a casting non-equiatomic NiCoCr-based high-entropy alloy by Al and Ti combination addition
Al和Ti元素共添加增強鑄造非等原子NiCoCr基高熵合金的強塑性協同效應
Xueling Huang, Lanping Huang, Hailong Peng, Yong Liu, Bin Liu, Song Li?
Song Li: ls2011sl@csu.edu.cn 中南大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113898
摘要
采用直接電弧熔煉得到了單相面心立方結構(FCC)的非等原子Ni3.5Co3Cr1.5中熵合金(AT0),屈服強度為147 MPa,抗拉強度為447 MPa,斷裂總伸長率為78.8%。通過添加Al和Ti,鑄態(Ni3.5Co3Cr1.5)90Al5Ti5高熵合金(AT5)表現出增強的強塑性協同效應。與AT0合金相比,AT5合金的屈服強度提高了5倍以上,達到792 MPa,抗拉強度提高了一倍,達到1004 MPa,但仍保持了38.2%的高伸長率。強度的明顯提高是由于FCC基體中形成了均勻分布的、高含量且共格的(Ni,Co)3(Al,Ti)型納米析出。拉伸變形過程中各種位錯亞組織的形成和帶有Lomer-Cottrell鎖的交叉層錯(SFs)是AT5合金應變硬化的主要原因。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113909
10. A carbide-reinforced Re0.5MoNbW(TaC)0.8 eutectic high-entropy composite with outstanding compressive properties
具有優異壓縮性能的碳化物強化Re0.5MoNbW(TaC)0.8共晶高熵復合材料
Q. Q. Wei, X.D. Xu?, G.M. Li, G.Q. Luo, J. Zhang, Q. Shen?, C.L. Wu
X. D. Xu: xiandongxu@hnu.edu.cn 湖南大學
Q. Shen:sqqf@263.net 武漢理工大學
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113909
摘要
耐火高熵合金(RHEAs)具有優異的抗軟化性能,是一種很有前途的高溫材料。然而,大多數在1200℃下能夠承受軟化的RHEAs往往在室溫下表現出明顯的脆性。本文采用電弧熔煉法制備了由體心立方和多組元碳化物相組成的高強高韌Re0.5MoNbW(TaC)0.8共晶高熵復合材料(HEC)。HEC具有較高的屈服強度(1340 MPa)、極限抗壓強度(2347 MPa)和塑性(8.90%),超過了之前報道的RHEAs和HEC。基于實驗觀測的定量計算表明,半共格相界面對強度的提高起著至關重要的作用,界面相關強化在界面強化項中占主導地位?;诒狙芯?,我們提出了一種策略,以設計高溫應用的高強高韌HECs。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113910
11. High temperature in situ SEM assessment followed by ex situ AFM and EBSD investigation of the nucleation and early growth stages of Fe-Al intermetallics
對Fe-Al金屬間化合物的形核和早期生長階段進行高溫原位SEM評估與隨后的非原位AFM和EBSD研究
T. Sapanathan?, I. Sabirov, P. Xia, M.A. Monclús, J.M. Molina-Aldareguía, P.J. Jacques, A. Simar
T. Sapanathan: thaneshan.sapanathan@uclouvain.be
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113910
摘要
使用掃描電子顯微鏡(SEM)中的專用原位加熱設置以及后續的非原位原子力顯微鏡(AFM)和電子背散射衍射(EBSD)對596℃下Fe-Al金屬間化合物(IMs)的形核和早期生長階段進行了表征。位置跟蹤被用來解釋進一步的特征。非原位AFM觀察表明,IMs在形核開始時有輕微的收縮和平面外突起,隨后定向生長。用非原位EBSD對形成的界面IM化合物進行了鑒定。結果清楚地表明,在擴散控制的η相生長之前,θ相先形核。θ相普遍存在于金屬間化合物層中。
SCRIPTA
Vol. 200, 15 July. 2021, 113906
12. Microstructure and strengthening mechanisms of nanolamellar structures in ultrastrong drawn iron wires
超強拉拔鐵絲中納米層狀結構的微觀組織及強化機理
Hanchen Feng, Linfeng Wang, Shiyun Cui, Niels Hansen, Feng Fang?, Xiaodan Zhang?
Feng Fang: fangfeng@seu.edu.cn 東南大學
Xiaodan Zhang: xzha@mek.dtu.dk
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113906
摘要
本工作制備了超強純鐵絲,當拉拔應變為10.35時強度為1.8 GPa。通過微觀組織觀察和量化的結構參數,分析了強化機理和強度-組織關系。當拉伸應變超過8.89時,由于界面結運動,<110>絲織構強度、界面間距和界面取向差趨于飽和。在不飽和拉拔應變為10.35時,鐵素體胞/板條中的位錯密度增加到~ 3.6 × 1015 m-2?;谙到y的微觀組織表征和定量分析,討論了d-1或(2d)-0.5界面強化和森林硬化能。