本期包含金屬材料領(lǐng)域論文11篇,涵蓋了不銹鋼、中熵合金、增材制造等,國內(nèi)科研單位包括國立清華大學、北京科技大學、金屬所等(通訊作者單位)。
Vol. 210 目錄
1. Precipitation formation on ∑5 and ∑7 grain boundaries in 316L stainless steel and their roles on intergranular corrosion
316L不銹鋼中的∑5和∑7晶界析出及其對晶間腐蝕的影響
2. Importance of deformation-induced local orientation distributions for nucleation of recrystallisation
變形引起的局部取向分布對再結(jié)晶形核的影響
3. Mechanism of twinning induced plasticity in austenitic lightweight steel driven by compositional complexity
奧氏體輕量化鋼中復(fù)雜成分驅(qū)動的孿晶誘導(dǎo)塑性機制研究
4. Stress of misfit dislocation at Fe/MgO interface drives the annihilation of radiation induced defects
錯配位錯應(yīng)力引起的Fe/MgO界面輻照缺陷湮滅
5. Ideal superelasticity in Ni-based Heusler alloys
Ni基Heusler合金的超彈性研究
6. Digital materials design by thermal-fluid science for multi-metal additive manufacturing
基于熱流體科學的金屬材料增材制造數(shù)字化設(shè)計
7. Fe−Ni−N based alloys as rare-earth free high-performance permanent magnet across α'' to L10 phase transition: A theoretical insight
無稀土元素添加Fe-Ni-N基合金高性能永磁體的α″→L10相變理論研究
8. Ordering effects on deformation substructures and strain hardening behavior of a CrCoNi based medium entropy alloy
有序化對CrCoNi基中熵合金變形亞結(jié)構(gòu)和應(yīng)變硬化行為的影響
9. Phase evolution in two-phase alloys during severe plastic deformation
雙相合金在嚴重塑性變形過程中的相變研究
10. Anisotropic strengthening of nanotwin bundles in heterogeneous nanostructured Cu: Effect of deformation compatibility
變形相容性對非均勻納米Cu結(jié)構(gòu)中納米孿晶各向異性強化的的影響
11. Effect of micro-segregation of alloying elements on the precipitation behaviour in laser surface engineered Alloy 718
合金元素微觀偏析對激光表面加工718合金析出行為的影響
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116822
1. Precipitation formation on ∑5 and ∑7 grain boundaries in 316L stainless steel and their roles on intergranular corrosion
316L不銹鋼中的∑5和∑7晶界析出及其對晶間腐蝕的影響
Shao-Pu Tsai?, Surendra Kumar Makineni, Baptiste Gault, Kaori Kawano-Miyata, Akira Taniyama, Stefan Zaefferer?
S.-P. Tsai:s.tsai@mpie.de
S. Zaefferer:s.zaefferer@mpie.de
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116822
摘要
在HF溶液敏化(700°C 10h)AISI316L不銹鋼中,∑7晶界通常受到腐蝕而∑5晶界則不被腐蝕。這種不同的腐蝕行為可能與不同晶界的析出行為有關(guān),取決于晶界的自身特征。研究表明,∑5晶界雖然在宏觀和微觀觀測下都呈現(xiàn)出彎曲特點,但既沒有多邊形面也沒有析出,且與退火狀態(tài)相比,敏化∑5晶界處有明顯的偏聚。而∑7晶界在退火和敏化狀態(tài)下都有明顯的表面,并在其中一個面的方向上存在強烈的偏聚,其他面則沒有偏聚。我們基于晶界能量各向異性對實驗現(xiàn)象進行了解釋。C14和M23C6的析出是導(dǎo)致兩種不同的腐蝕形態(tài)的原因之一。它們應(yīng)該也與∑7晶界的表面形貌和各向異性偏聚有關(guān)。通過痕量分析手段,我們發(fā)現(xiàn)∑7的{111}方向是碳化物的優(yōu)先形核位點。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116808
2. Importance of deformation-induced local orientation distributions for nucleation of recrystallisation
變形引起的局部取向分布對再結(jié)晶形核的影響
Romain Quey?, Guo-Hua Fan, Yubin Zhang, Dorte Juul Jensen
R. Quey:romain.quey@mines-stetienne.fr
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116808
摘要
我們對冷軋40%的三晶粒鋁材中的形核進行了研究。我們制備了多組狀態(tài)一致的樣品。其中一些用于分析形變組織,另一些用于分析退火組織。結(jié)果表明,形核只發(fā)展在三個晶體中的一個,而不發(fā)生在晶界。我們隨后分析了晶體取向?qū)植啃魏嗣芏纫约白冃谓M織的影響。一般認為,形核會繼承母相取向。而我們發(fā)現(xiàn),通常被認為是再結(jié)晶成核驅(qū)動力的存儲能量不能為實驗樣品的再結(jié)晶形核提供可靠的判據(jù)。相反,高度各向異性的尖銳帶狀亞結(jié)構(gòu)處的形核密度是最高的。綜上所述,我們提出了一種新的再結(jié)晶形核能量判據(jù),并將其稱“初級存儲能”(primary stored energy),它由存儲能量和取向各向異性共同決定。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116814
3. Mechanism of twinning induced plasticity in austenitic lightweight steel driven by compositional complexity
奧氏體輕量化鋼中復(fù)雜成分驅(qū)動的孿晶誘導(dǎo)塑性機制研究
Zen-Hao Lai, Yi-Hsuan Sun, Yi-Ting Lin, Jui-Fan Tu, Hung-Wei Yen?
H.-W. Yen:homeryen@ntu.edu.tw(臺灣大學/國立清華大學)
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116814
摘要
我們研究了一種新型輕量化奧氏體Fe-Mn-Al-Si-C鋼的機械性能,它同時具備了輕量化鋼和TWIP鋼的特點。材料設(shè)計的關(guān)鍵在于協(xié)同添加Al和Si,從而同時實現(xiàn)49.5mJ/m2的層錯能、短程有序和低密度。材料通過微變形帶的塑性滑移實現(xiàn)初始應(yīng)變硬化。Hall-Petch系數(shù)為673MPa·μm0.5。在變形后期,雖然層錯能不低,但當應(yīng)力到達臨界應(yīng)力時,仍會引起層錯和孿晶的形成。這是首次在輕量化鋼中察到這種轉(zhuǎn)變,并最終使材料實現(xiàn)了約2.4GPa加工硬化率。本研究中的輕量化TWIP鋼密度為g/cm3 , 抗拉強度800-950MPa,總伸長率為67-77%。此外,我們建立了一個位錯模型以闡明材料從位錯滑移到機械孿晶的機制轉(zhuǎn)變。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116798
4. Stress of misfit dislocation at Fe/MgO interface drives the annihilation of radiation induced defects
錯配位錯應(yīng)力引起的Fe/MgO界面輻照缺陷湮滅
J.L. Du, H.Q. Chen, C. Xu, Y. Fan, Y.H. Qiu, H. Wang?, E.G. Fu?
H. Wang:qinghe5525@163.com(中國核動力研究所)
E.G. Fu:efu@pku.edu.cn(北京大學)
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116798
摘要
界面能夠有效地捕獲和復(fù)合在輻照級聯(lián)碰撞過程中產(chǎn)生的Frenkel缺陷對。深入了解輻照條件下界面與缺陷的相互作用機制能夠幫助我們更好地設(shè)計具有優(yōu)異抗輻射性能的材料。我們利用原位輻照實驗,研究了界面捕獲和復(fù)合輻照缺陷的機理。我們觀察到了輻照缺陷簇(DCs)的湮滅,計算了具有錯配位錯陣列的Fe/MgO界面的應(yīng)力場,并討論了其對輻照缺陷的影響。我們根據(jù)實驗和計算結(jié)果,確定了界面與輻照缺陷的作用效率。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116816
5. Ideal superelasticity in Ni-based Heusler alloys
Ni基Heusler合金的超彈性研究
Peiyu Cao, Fuyang Tian?, Wei Li, Levente Vitos, Yandong Wang
F. Tian:fuyang@ustb.edu.cn(北京科技大學)
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116816
摘要
應(yīng)力誘導(dǎo)一階馬氏體相變引起的超彈性過程中的遲滯現(xiàn)象對材料性能不利。我們通過第一性原理計算系統(tǒng)研究了化學成分和晶體無序性對Ni50-xCoxM25Ga25 (M = Mn, Fe)合金超彈性的影響。我們通過合金中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的計算重現(xiàn)了近來實驗上在一定成分和有序性范圍內(nèi)觀測到的非遲滯超彈性結(jié)果。我們對布洛赫譜函數(shù)進行了估計,以研究與非遲滯超彈性有關(guān)的費米表面拓撲。我們提出了由Landau-de Gennes模型決定的臨界參數(shù)Pc, 用于預(yù)測遲滯超彈性材料的組成范圍。對于鐵磁性L21 Ni50-xCoxMn25Ga25合金和B2 Ni50-xCoxFe25Ga25合金,理論上當x分別在16和28以上時,將出現(xiàn)的非遲滯超彈性現(xiàn)象。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116825
6. Digital materials design by thermal-fluid science for multi-metal additive manufacturing
基于熱流體科學的金屬材料增材制造數(shù)字化設(shè)計
Junji Shinjo, Chinnapat Panwisawas?
C. Panwisawas:chinnapat.panwisawas@leicester.ac.uk
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116825
摘要
增材制造是制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)先進金屬部件的有效手段。這一方法中的主要難點在于熔體動力學、合金混合和蒸汽質(zhì)量損失的控制,它們對部件成品質(zhì)量至關(guān)重要。在此,我們提出了一套高保真的熱溶流體建模方法,可以精確地跟蹤表面形狀、熱毛細管動力學和汽化過程。并且這一方法也適用于多組分金屬模擬。我們基于該方法,研究了21種過渡金屬和3種二元合金蒸汽質(zhì)量損失與溶體流動過程的物理聯(lián)系。結(jié)果表明,質(zhì)量損失率受流體動力學中的雷諾數(shù)控制,呈現(xiàn)簡單的比例關(guān)系,而在原位混合制備的二元合金中這一關(guān)系則更加復(fù)雜。通過數(shù)字化建模可以幫助我們深入理解溶體動力學,從而幫助我們進行材料工藝設(shè)計。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116807
7. Fe−Ni−N based alloys as rare-earth free high-performance permanent magnet across α'' to L10 phase transition: A theoretical insight
無稀土元素添加Fe-Ni-N基合金高性能永磁體的α″→L10相變理論研究
D. Tuvshin, T. Tsevelmaa, S.C. Hong?, D. Odkhuu?
S.C. Hong:schong@ulsan.ac.kr
D. Odkhuu:odkhuu@inu.ac.kr
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116807
摘要
多年來,在不添加其他重元素或稀土元素的條件下,同時增強3d族金屬的能量密度和熱穩(wěn)定性一直是永磁領(lǐng)域的一個巨大挑戰(zhàn)。在本研究中,我們利用密度泛函理論和蒙特卡羅模擬研究了(Fe1-xNix)16N2(x=0−1)合金在α″→L10相變過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和固有磁性。我們從理論上闡明了L10 (Fe0.5Ni0.5)16N2合金單軸磁各向異性(Ku)的增強可高達1.8MJ·M-3,約三倍于α″-Fe16N2(0.6MJ·M-3)和L10-FeNi(0.68MJ·m-3)。同時,預(yù)測結(jié)果表明,L10 Fe0.5Ni0.5)16N2相在能量上比α″-Fe16N2相更穩(wěn)定。進一步計算表明,在添加額外間隙N原子的情況下,L10 (Fe0.5Ni0.5)16N2的Ku可增加至近3.9MJ·m-3。綜上所述,經(jīng)過設(shè)計調(diào)控的Fe16N2基化合物是極有潛力的無稀土永磁材料。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116829
8. Ordering effects on deformation substructures and strain hardening behavior of a CrCoNi based medium entropy alloy
有序化對CrCoNi基中熵合金變形亞結(jié)構(gòu)和應(yīng)變硬化行為的影響
Jiashi Miao?, Connor Slone, Sriswaroop Dasari, Maryam Ghazisaeidi, Rajarshi Banerjee, Easo P. George, Michael J. Mills?
J. Miao:miao.152@osu.edu
M.J. Mills:mills.108@osu.edu
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116829
摘要
少量添加了Ti、Al、Nb元素的淬火態(tài)CrCoNi基中熵合金(可表示為(CrCoNi)93Al4Ti2Nb)可在室溫下表現(xiàn)出與等原子比CrCoNi合金相當?shù)睦煨阅堋M干潆婄R(TEM)暗場像、原子分辨率高角環(huán)形掃描透射電鏡(HAADF-STEM)暗場像和原子探針(APT)表征表明,合金中存在長程有序的L12 疇。我們通過背散電子衍射(EBSD)、電子隧穿比對成像(ECCI)和掃描透射電鏡(STEM)弱束暗場成像技術(shù),對合金中的塑性變形亞結(jié)構(gòu)演化進行了表征。研究表明,塑性變形是通過a/2<110>位錯滑移發(fā)生的,它們在{111}滑移面上分解為Shockley分位錯。(CrCoNi)93Al4Ti2Nb合金中的分離間距比等原子比CrCoNi合金中小的多。且這種合金中的位錯滑移具有明顯的平面滑移特征。由于長程有序疇的存在,滑移帶中的頭部位錯成對滑移。相鄰{111}滑移平面上相反位錯的滑移形成多極子。這些多極子形成了具有細小滑移帶的亞晶界結(jié)構(gòu)。塑性變形過程中,滑帶之間的距離不斷縮小。滑移帶的動態(tài)細化在應(yīng)變硬化過程起關(guān)鍵作用。此外,我們對LRO疇對平面位錯滑移、形變孿晶抑制和應(yīng)變硬化的影響進行了討論。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116826
9. Phase evolution in two-phase alloys during severe plastic deformation
雙相合金在嚴重塑性變形過程中的相變研究
Nirab Pant?, Nisha Verma, Yinon Ashkenazy, Pascal Bellon, Robert S. Averback
N. Pant:pant4@illinois.edu
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116826
摘要
我們利用分子動力學模擬研究了具有強相互作用合金成分的FCC金屬在嚴重塑性變形過程中的相變,包括合金穩(wěn)態(tài)組織、超飽固溶體中的析出形核和長大、以及非飽和固溶體中的析出溶解。我們將結(jié)果與改進后的等效溫度模型進行了比較,描述了模型背后的原子尺度的物理過程并闡述了模型的優(yōu)缺點。這項工作取得的重要成果包括:100K下SPD過程中析出的形核長大;持續(xù)剪切作用下穩(wěn)態(tài)溶解度和析出尺寸的類吉布斯-湯姆遜關(guān)系;有效溫度和剪切模量之間的直接關(guān)系;以及析出長大過程中團簇的影響。研究還表明,化學混合機制與析出大小有關(guān),這增加了描述非均勻系統(tǒng)的有效溫度模型的復(fù)雜性。模擬結(jié)果與文獻報導(dǎo)的實驗結(jié)果取得了半定量的一致。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116830
10. Anisotropic strengthening of nanotwin bundles in heterogeneous nanostructured Cu: Effect of deformation compatibility
變形相容性對非均勻納米Cu結(jié)構(gòu)中納米孿晶各向異性強化的的影響
H.Z. Zhao, Z.S. You, N.R. Tao, L. Lu?
L. Lu:llu@imr.ac.cn(金屬所)
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116830
摘要
我們在平行、垂直和45°加載條件下研究了由各向同性納米晶基體和各向異性納米孿晶組成的非均勻納米銅結(jié)構(gòu)的拉伸行為。與均勻納米孿晶對比組表現(xiàn)出的各向異性強化作用不同,異質(zhì)結(jié)構(gòu)在平行張力下強度最高,在垂直張力下強度中等。高分辨數(shù)字圖像分析(DIC)表明,納米孿晶和基體之間存在各向異性的的變形相容性,即在平行取向上相容,而在與孿晶界垂直和45°方向上顯著不相容。研究表明,納米孿晶在異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)中的強化作用不僅依賴于自身的強度,而且受到周圍結(jié)構(gòu)變形相容性的影響。納米晶基體中各向同性剪切帶與納米孿晶各向異性變形的相互作用導(dǎo)致了最終的變形相容性與取向有關(guān)。
ACTA
Vol. 210,15 May. 2021, 116844
11. Effect of micro-segregation of alloying elements on the precipitation behaviour in laser surface engineered Alloy 718
合金元素微觀偏析對激光表面加工718合金析出行為的影響
Srinivas Aditya Mantri, Sriswaroop Dasari, Abhishek Sharma, Talukder Alam,Mangesh V. Pantawane, Mayur Pole, Shashank Sharma, Narendra B. Dahotre, Rajarshi Banerjee?, Srikumar Banerjee?
R. Banerjee:raj.banerjee@unt.edu
S. Banerjee:sbanerjee1946@gmail.com
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116844
摘要
激光表面工程已被廣泛用于調(diào)控718合金增材制造時的組織演化,特別是在熔化和凝固過程中。表面激光熔化區(qū)域的合金元素偏聚對局部析出相形成具有重要影響。通過快速熔化和凝固形成的枝晶組織可被分為3個不同區(qū)域:1)核心區(qū) 2)枝晶外圍 3)枝間通道。其中核心區(qū)主要形成 γ′ [Ni3(Al, Ti, Nb)] 析出;枝晶外圍主要在奧氏體中形成γ″ [Ni3(Nb, Mo)]析出和γ′/γ″復(fù)合析出);而富Nb、 Mo、C的枝間通道則含有離散的LAVES相和碳化物團簇,是δ相的優(yōu)先形核位置。通道中的Nb富集引起了后續(xù)退火處理是的高密度γ″析出。我們使用SEM、TEM和APT等表征手段,揭示了成分非均勻718合金中的析出特征,這些特征在激光增材制造構(gòu)件中廣泛存在。此外,我們利用三維原子探針對合金元素在納米尺度上的偏聚進行了表征和解釋。