本期包含金属材料领域论文10篇,涵盖了高熵合金、纳米晶等,国内科研单位包括西北工业大学、华南理工大学、兰州理工大学、上海交通大学等(通讯作者单位)。
Vol. 203 目录
1. Making selective-laser-melted high-strength Al–Mg–Sc–Zr alloy tough via ultrafine and heterogeneous microstructure
通过超细和异质微观结构使选择性激光熔化的高强度 Al-Mg-Sc-Zr合金变得坚韧
2. Structure and hardness of in situ synthesized nano-oxide strengthened CoCrFeNi high entropy alloy thin films
原位合成纳米氧化物强化CoCrFeNi高熵合金薄膜的结构和硬度
3. Exploring the hydrogen absorption and strengthening behavior in nanocrystalline face-centered cubic high-entropy alloys
探索纳米晶面心立方高熵合金的吸氢和强化行为
4. Insight into the preferential grain growth of intermetallics under electric current stressing – A phase field modeling
深入了解电流应力下金属间化合物的优先晶粒生长——相场建模
5. Transformative high entropy alloy conquers the strength-ductility paradigm by massive interface strengthening
转化型高熵合金通过大规模界面强化跨越了强度-延展性范式
6. Effect of N addition on nano-domain structure and mechanical properties of a meta-stable Ti-Zr based alloy
N添加对亚稳态Ti-Zr基合金纳米畴结构和力学性能的影响
7. Precipitation-induced transition in the mechanical behavior of 3D printed Inconel 718 bcc lattices
3D打印Inconel 718 bcc晶格的沉淀诱导转变的机械行为
8. Formation of stable equiaxial nanograined Al via combined plastic deformation
通过组合塑性变形形成稳定的等轴纳米晶铝
9. An innovative way to fabricate γ-TiAl blades and their failure mechanisms under thermal shock
一种制造γ-TiAl叶片的新方法及其热冲击下的失效机制
10. Y-Hf co-doped Al1.1CoCr0.8FeNi high-entropy alloy with excellent oxidation resistance and nanostructure stability at 1200°C
Y-Hf共掺杂Al1.1CoCr0.8FeNi高熵合金在1200℃下具有优异的抗氧化性和纳米结构稳定性
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114052
1. Making selective-laser-melted high-strength Al–Mg–Sc–Zr alloy tough via ultrafine and heterogeneous microstructure
通过超细和异质微观结构使选择性激光熔化的高强度 Al-Mg-Sc-Zr合金变得坚韧
Zihong Wang, Xin Lin✉, Nan Kang✉, Yanfang Wang, Xiaofang Wang, Xiaobin Yu, Hua Tan, Haiou Yang, Weidong Huang
Xin Lin: xlin@nwpu.edu.cn, 西北工业大学
Nan Kang: nan.kang@nwpu.edu.cn,西北工业大学
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114052
摘要
对于大多数对安全至关重要的应用,实现高强度和高韧性是对结构材料的关键要求之一。 然而,强度和韧性通常是相互排斥的。在这里,我们报告了一种选择性激光熔化的Al-Mg-Sc-Zr 合金,它具有良好的强度和韧性组合,可与7075-T651高强度锻造铝合金相媲美。尽管由于二次Al3(Sc,Zr) 纳米析出物引起的有序平面滑移会导致脆性裂纹,但通过与其超细和异质微观结构相关的多种内在/外在增韧机制,有效地提高了断裂韧性。目前的工作为制造高强度和高韧性的铝基合金提供了一种有效的策略。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114044
2. Structure and hardness of in situ synthesized nano-oxide strengthened CoCrFeNi high entropy alloy thin films
原位合成纳米氧化物强化CoCrFeNi高熵合金薄膜的结构和硬度
Subin Lee✉, Dominique Chatain, Christian H. Liebscher, Gerhard Dehm✉
Subin Lee: s.lee@mpie.de
Gerhard Dehm: dehm@mpie.de
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114044
摘要
在这项研究中,我们报告了面心立方结构的CoCrFeNi高熵合金薄膜,其具有通过内氧化形成的分散的纳米氧化物颗粒。分析型扫描透射电子显微镜成像发现这些颗粒是Cr2O3。与没有析出物的薄膜相比,氧化物颗粒有助于薄膜的硬化,通过 Orowan型强化机制,其硬度提高了14%。我们的新方法为利用氧化物相设计具有高强度的中高熵合金铺平了道路。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114069
3. Exploring the hydrogen absorption and strengthening behavior in nanocrystalline face-centered cubic high-entropy alloys
探索纳米晶面心立方高熵合金的吸氢和强化行为
Yakai Zhao✉, Jeong-Min Park, Kotaro Murakami, Shin-ichi Komazaki, Megumi Kawasaki, Koichi Tsuchiya, Jin-Yoo Suh, Upadrasta Ramamurty, Jae-il Jang✉
Yakai Zhao: yakai.zhao@ntu.edu.sg
Jae-il Jang: jijang@hanyang.ac.kr
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114069
摘要
晶粒尺寸从粗晶到纳米晶的显著变化会影响两种面心立方高熵合金(HEAs)的吸氢和塑性变形行为,即等原子数的CoCrFeNi和CoCrFeMnNi。充氢样品的热解吸分析证明,晶界充当氢陷阱,因此大大增加了纳米晶样品中的氢含量。两种HEA之间吸氢的直接比较证实,化学成分和晶粒尺寸都是影响HEA氢溶解度的关键因素。来自纳米压痕率跳跃测试的热激活变形参数表明氢增强了晶格摩擦,导致激活体积减少,从而改变了塑性变形过程。实验结果从两个方面进行讨论,即晶粒尺寸和化学成分对氢影响塑性变形的影响。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114071
4. Insight into the preferential grain growth of intermetallics under electric current stressing – A phase field modeling
深入了解电流应力下金属间化合物的优先晶粒生长——相场建模
Shuibao Liang, Anil Kunwar, Cheng Wei, Changbo Ke✉
Changbo Ke: mecbke@scut.edu.cn, 华南理工大学
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114071
摘要
在电流应力下金属间化合物的优先生长晶粒已经在实验中观察到并表征,但必须从机理上理解。这项工作采用结合静电自由能和晶粒取向影响的相场模型来研究电流应力下焊料/铜键合界面处金属间化合物的生长行为。结果表明,由电迁移驱动的晶界和相界的定向迁移诱导了具有更高电导率的金属间化合物沿电子流的优先生长行为。研究揭示了,具有较高电导率的金属间化合物晶粒的更快相界迁移和生长是由穿过界面的较高扩散通量引起的。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114070
5. Transformative high entropy alloy conquers the strength-ductility paradigm by massive interface strengthening
转化型高熵合金通过大规模界面强化跨越了强度-延展性范式
S.S. Nene, P. Agrawal, M. Frank, A. Watts, S. Shukla, C. Morphew, A. Chesetti, J.S. Park, R.S. Mishra✉
R.S. Mishra: rajiv.mishra@unt.edu
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114070
摘要
最近的亚稳态合金设计已经证明在高熵合金中同时获得高极限拉伸强度 (UTS) 和延展性,但屈服强度低。在这里,我们提出了同时提高 Fe38.5Mn20Co20Cr15Si5Cu1.5高熵合金 (Cu-HEA) 的加工硬化性和屈服强度 (YS) 的新策略。YS(1.5 GPa)的急剧增加归因于由于极端晶粒细化而在微观结构中形成γ/ε、ε/ε(孪晶型)和ε/ε(板型)界面,而高UTS-延展性协同作用(2.2 GPa, 15%) 是通过这些界面上的动态霍尔-佩奇硬化(即大量界面强化)和γ相中的转变诱导塑性获得的。因此,这种在Cu-HEA中YS和UTS-延展性协同作用的组合优于迄今为止的所有结构材料。因此,变形诱导的大规模界面强化是一种新的但具有成本效益的途径,可以通过常规加工路线在材料中协同使用先进钢和高熵合金的优势。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114068
6. Effect of N addition on nano-domain structure and mechanical properties of a meta-stable Ti-Zr based alloy
N添加对亚稳态Ti-Zr基合金纳米畴结构和力学性能的影响
Jie Fu, Hee Young Kim✉, Shuichi Miyazaki
Hee Young Kim: heeykim@ims.tsukuba.ac.jp
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114068
摘要
该研究表明,通过在应力诱导马氏体转变的亚稳态β型Ti-Zr基合金中添加N,可以实现高强度和超低模量的优异组合。Ti-18Zr-3Nb-2Mo-3Sn合金表现出非常低的杨氏模量;然而,应力诱导的马氏体转变发生在低应力水平。N的加入促进了纳米晶格调制(纳米域)结构的形成,并阻碍了应力诱导的马氏体转变,导致更高的表观屈服应力、更窄的应力滞后和大的非线性弹性。Ti-18Zr-3Nb-2Mo-3Sn-1.2N合金表现出41 GPa的低杨氏模量和920 MP的高强度以及大的可恢复应变的出色组合。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114075
7. Precipitation-induced transition in the mechanical behavior of 3D printed Inconel 718 bcc lattices
3D打印Inconel 718 bcc晶格的沉淀诱导转变的机械行为
S. Banait, X. Jin, M. Campos, M.T. Perez-Prado
X. Jin: xueze.jin@imdea.org
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114075
摘要
本工作旨在研究微观结构对金属晶格结构力学行为的影响。为此,通过选择性激光熔化制造了Inconel 718 bcc晶格,比较了打印态和时效态的室温压缩行为。时效处理后发生了从弯曲主导向拉伸主导行为的明显转变,同时已生成的过饱和固溶体(含有少量纳米颗粒)转变成了具有较大比例的析出物的微观结构,析出物的尺寸大约数百纳米。析出物导致结构更硬、更坚固,具有更高的吸收能量的能力。将获得的力学性能结果与麦克斯韦准则的预测和体心立方晶格的Gibson-Ashby模型进行比较。结果表明,微观结构变化至少部分解释了文献中 bcc实验数据与模型预测之间的低相关性。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114054
8. Formation of stable equiaxial nanograined Al via combined plastic deformation
通过组合塑性变形形成稳定的等轴纳米晶铝
B. Wang, W. Xu, X. Zhou, X.Y. Li, J.S. Qiao✉
X.Y. Li: xyli@imr.ac.cn, 兰州理工大学,中国科学呀金属研究所
J.S. Qiao: qjisen@163.com.cn,兰州理工大学
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114054
摘要
由于其低熔点和高堆垛层错能,将纯铝(Al)中的晶粒细化到纳米级是困难的。在这里,通过冷轧和低温高压扭转的组合塑性变形工艺,制造了平均晶粒尺寸为65 nm的等轴纳米晶纯铝。晶粒取向统计和高分辨率透射电镜观察表明,大部分晶界为大角度晶界,其中存在大量低∑晶界,表明发生晶界弛豫。由于晶界松弛,等轴纳米晶Al表现出高强度和优异的热稳定性。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114092
9. An innovative way to fabricate γ-TiAl blades and their failure mechanisms under thermal shock
一种制造γ-TiAl叶片的新方法及其热冲击下的失效机制
R. Gao, H. Peng, H. Guo. B. Chen✉
B. Chen: bo.chen@leicester.ac.uk
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114092
摘要
近网状γ-TiAl叶片是通过选择性电子束熔化制成的。由于优化的工艺参数,制造的材料在 700°C下表现出良好的微观结构均匀性、拉伸性能和抗热震性。本文详细阐述了实现这种成功制造的可靠方法。通过在900 °C的热冲击实验,确定了一种新的开裂机制。通过事后检验,我们发现这种失效模式很可能与逐层策略有关。氧化结合表面拓扑结构是潜在的机制。
SCRIPTA
Vol. 203, 1 Oct. 2021, 114105
10. Y-Hf co-doped Al1.1CoCr0.8FeNi high-entropy alloy with excellent oxidation resistance and nanostructure stability at 1200°C
Y-Hf共掺杂Al1.1CoCr0.8FeNi高熵合金在1200℃下具有优异的抗氧化性和纳米结构稳定性
Jie Lu, Han Zhang, Ling Lin, Aihui Huang, Xuanzhen Liu, Ying Chen, Xiancheng Zhang, Fangwei Guo, Xiaofeng Zhao✉
Xiaofeng Zhao: xiaofengzhao@sjtu.edu.cn, 上海交通大学
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114105
摘要
本文报道了一种新型Y-Hf共掺杂Al1.1CoCr0.8FeNi高熵合金(HEA),其具有一致性纳米结构及其在1200°C下的氧化行为。纳米结构高度稳定,在长时间氧化过程中几乎没有观察到粗化现象。Y-Hf共掺杂Al1.1CoCr0.8FeNi HEA表现出非常低的氧化速率,甚至低于典型的 FeCrAlYHf 合金,而其抗氧化皮剥落性能明显优于典型的NiCoCrAlYHf合金。高度稳定的纳米结构有利于增加Y和Hf分布的均匀性,从而加强反应元素效应,从而降低氧化速率和Al2O3氧化皮的生长应力。一般而言,Y-Hf共掺杂Al1.1CoCr0.8FeNi HEA在1200℃下具有优异的结构稳定性、氧化皮生长速率低和氧化皮生长应力低等优点。