山大頂刊：卓越的強塑性！具有分層異質結構的鑄造多主元素合金
2024-12-20 14:39:16
作者：材料科學與工程 來源：材料科學與工程
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借鑒自然設計多尺度異質結構為金屬和合金實現優異的強度-延展性協同效應提供了一種有前景的策略。實現這一目標通常需要復雜的多步驟熱機械加工，但對于鑄造合金而不是鍛造合金來說，這仍然是一個挑戰。日前，山東大學、中科院金屬所等單位聯合開發了一種Cr30Fe30Ni30Al5Ti5（at.%）鑄造多主元素合金（MPEA），在鑄態條件下，該合金表現出包括多尺度的沉淀物的分層異質結構。微尺度體心立方（BCC）晶粒分散在連續的面心立方（FCC）結構框架中。共格的L12納米粒子在FCC基質中形成，而具有多尺度尺寸（即η、B2和η/L21相）的大量納米粒子在BCC晶粒內沉淀。位錯和多尺度沉淀物之間的協同相互作用導致了大量位錯網絡和層錯，從而產生了穩定的應變硬化行為，使合金具有強度和延展性的特殊組合，而不需要均勻化和復雜的加工。研究認為，這代表著超越已知鑄造MPEA的突破，并為開發新的高性能鑄造合金提供了啟示。相關成果以“Exceptional strength-ductility synergy in a casting multi-principal element alloy with a hierarchically heterogeneous structure”為題刊登在Materials Today上。https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.10.009
圖1. Cr??Fe??Ni??Al?Ti?鑄造MPEA的成分設計和相分析。圖2. Cr??Fe??Ni??Al?Ti?鑄造MPEA的分層異質結構。圖4. Cr??Fe??Ni??Al?Ti?鑄造MPEA斷口形貌及多尺度結構。圖5. 鑄造MPEA中分級異質結構的演變及其力學作用的示意圖。總之，本研究設計并制造了一種多組分Cr30Fe30Ni30Al5Ti5鑄造MPEA，其具有有意定制的分層異質結構，涉及微米至納米級沉淀物。這種結構賦予了MPEA在鑄態下優異的機械性能，即使經過復雜的熱機械處理和其他鑄造MPEA處理，其強度-延展性組合也超過了其他多組分CrFeNi合金。
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