本期包含金属材料领域论文13篇,涵盖了钛合金、形状记忆合金、高熵合金、高温合金等,国内科研单位包括重庆大学等(通讯作者单位)。
Vol. 208 目录
1. Giant 5.8% magnetic-field-induced strain in additive manufactured Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy
增材制造Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金具有5.8%大磁场诱导应变
2. Role of non-basal slip systems on the microstructure and texture development of ZXK-Mg alloy deformed in Plane Strain Compression at elevated temperature
非基底滑移系统对高温平面应变压缩变形ZXK-Mg合金组织和织构发展的作用
3. APT and TEM study of behaviour of alloying elements in neutron-irradiated zirconium-based alloys
中子辐照锆基合金中合金元素行为的APT和TEM研究
4. A predictive analytical model of thermal conductivity for aluminum/transition metal high-entropy alloys
铝/过渡金属高熵合金热导率预测分析模型
5. The effect of annealing on trapped copper oxides in particle-particle interfaces of cold-sprayed Cu coatings
退火对冷喷涂铜涂层颗粒-颗粒界面中捕获的氧化铜的影响
6. Effect of Ru addition on γ/γ′ microstructural stability in a low-density CoNi based superalloy
Ru添加对低密度CoNi基高温合金γ/γ'显微组织稳定性的影响
7. Entropy-driven melting point depression in fcc HEAs
Fcc高熵合金中由熵驱动导致的熔点降低
8. Plasticity, localization, and damage in ferritic-pearlitic steel studied by nanoscale digital image correlation
通过纳米级数字图像研究铁素体-珠光体钢的塑性、局部化和损伤
9. Strength-ductility synergy in Mg98.3Y1.3Ni0.4 alloy processed by high temperature homogenization and rolling
通过高温均质和轧制协同提升Mg98.3Y1.3Ni0.4合金的强韧性
10. Vacancy migration energies in CrMnFeCoNi, CrFeCoNi, and CrFeNi alloys and their effect on atomic diffusion
CrMnFeCoNi、CrFeCoNi和CrFeNi合金中的空位迁移能及其对原子扩散的影响
11. Formation of nodular bainite in an Fe-9.10Ni-0.06C (wt. %) alloy: A new microstructure for cryogenic steels
Fe-9.10Ni-0.06C (wt.%)合金中球状贝氏体的形成:低温钢的新显微组织
12. Helium partitioning to the core-shelled Ta nanoclusters in nanocrystalline Cu-Ta alloy
氦分配到纳米晶Cu-Ta合金中的核壳Ta纳米团簇
13. Facile route to implement transformation strengthening in titanium alloys
钛合金相变强化的简便途径
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114324
1. Giant 5.8% magnetic-field-induced strain in additive manufactured Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy
增材制造Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金具有5.8%大磁场诱导应变
Ville Laitinen✉, Andrey Saren, Alexei Sozinov, Kari Ullakko✉
Ville Laitinen: ville.laitinen@lut.fi
Kari Ullakko: kari.ullakko@lut.fi
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114324
摘要
采用激光粉床熔化(L-PBF)工艺制造多晶Ni-Mn-Ga样品,并对样品进行热处理使组织均匀化和晶粒生长。结果表明,通过调整工艺参数来控制Mn的选择性蒸发,可以原位精确改变L-PBF构建的Ni-Mn-Ga样品的化学成分、马氏体晶体结构和相变温度。随后,增材制造的多晶Ni-Mn-Ga样品的单晶粒中测量出5.8%的可重复和完全可逆的磁场诱导应变,该多晶样品在环境温度下表现出10M马氏体结构。结果表明,L-PB可用于制造Ni-Mn-Ga器件,该器件包含可受外部磁场应变的有源部件。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114322
2. Role of non-basal slip systems on the microstructure and texture development of ZXK-Mg alloy deformed in Plane Strain Compression at elevated temperature
非基底滑移系统对高温平面应变压缩变形ZXK-Mg合金组织和织构发展的作用
J. Victoria-Hernandez✉, S. Yi, D. Letzig
J.Victoria-Hernandez: jose.victoria-hernandez@hereon.de
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114322
摘要
这项工作研究了高温平面应变压缩过程中的变形机制及其对Mg-Zn-Ca-Zr(ZXK)合金显微组织和织构演变的影响。使用电子背散射测量了在不同应变和不同加载方向下变形样品的微观结构。晶粒和孪晶中可能激活的滑移系统由晶粒内取向误差轴(IGMA)确定,并将其活度与使用Viscoplastic Self-Consistent(VPSC)模型的模拟结果进行比较。主动变形模式对织构发展的重要性,特别是特定织构成分的形成,与非基底<a>位错的大量活动和锥体I <c+a>滑过锥体II<c+a>的优先激活有关。与棱柱<a>滑移一起,{10-12}孪晶和棱锥<a>滑移的激活似乎对于在特定加载配置中所谓的TD织构的稳定至关重要。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114323
3. APT and TEM study of behaviour of alloying elements in neutron-irradiated zirconium-based alloys
中子辐照锆基合金中合金元素行为的APT和TEM研究
B.M. Jenkins✉, J. Haley✉, M.P. Moody, J.M. Hyde, C.R.M. Grovenoe
B.M. Jenkins: benjamin.jenkins@materials.ox.ac.uk
J. Haley: jack.haley@materials.ox.ac.uk
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114323
摘要
在这项研究中,APT和TEM分析用于表征两种经13.7dpa中子辐照的Zr基合金,这些技术的化学分辨率使得能够表征辐射诱导的溶质元素的纳米级分布。Zircaloy-2和低锡ZIRLO的结果支持先前观察到结果:Fe向平面位错阵列偏析,且其间具有Sn的富集。在Zircaloy-2中,APT还揭示了Fe和Sn原子在富Fe平面内和位错阵列之间的区域内的短程(~2 nm)聚集。由此产生的微观结构让人想起旋节线分解。在低锡ZIRLO中,在富Sn平面中形成了富Nb析出物。本文中的数据增强了我们对中子辐照下Zr合金微观结构演变的理解,并且与预测裂变反应堆中在役Zr合金的性能变化相关。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114330
4. A predictive analytical model of thermal conductivity for aluminum/transition metal high-entropy alloys
铝/过渡金属高熵合金热导率预测分析模型
Michael J. Abere✉, Elbara Ziade, Ping Lu, Christopher B. Saltonstall, Xiaojun Gu, Wendelin J. Wright, Nicolas Argibay, Andrew B. kustas
Michael J. Abere: mjabere@sandia.gov
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114330
摘要
提出了基于电子和晶格子系统贡献的铝/过渡金属基高熵合金热导率的预测分析模型。通过电子声子和缺陷散射阻尼将晶格电导率建模为振荡器。 电子子系统的电导率由合金原子导致的无序晶格引起的非周期性晶体电位的散射控制;使用虚拟晶体近似法定量计算其效果。结果表明,在主要基于过渡(即非难熔)元素的示例性高熵合金AlxCoCrCuyFeNi中模型预测值与公布的值一致。 在该合金系统中,晶体结构在面心立方和体心立方之间,且根据成分和温度而变化,并且发现热导率表现为多相的加权平均复合物。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114333
5. The effect of annealing on trapped copper oxides in particle-particle interfaces of cold-sprayed Cu coatings
退火对冷喷涂铜涂层颗粒-颗粒界面中捕获的氧化铜的影响
Jason Tam✉, Bosco Yu, Weiwei Li, Dominique Poirier, Jean-Gabriel Legoux, Jason D. Giallonardo, Jane Howe, Uwe Erb
Jason Tam: jht.tam@mail.utoronto.ca
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114333
摘要
众所周知,冷喷涂铜涂层具有低延展性,因为微观结构由动态再结晶的细晶粒以及具有高位错密度的较大晶粒组成。退火通常用于恢复铜涂层的延展性,以形成具有低位错密度的较大晶粒; 然而,退火对颗粒-颗粒界面(PPI)的微观结构和化学性质的影响还有待深入研究。在这里,我们研究了退火处理后PPI的结构演变。通过退火可以有效减少PPI处的纳米级孔隙,并且喷涂涂层中被捕获的氧化膜会随着经典的界面现象而破裂和变粗。结果,颗粒之间的冶金结合显着增加,有助于提高冷喷涂铜涂层的延展性。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114318
6. Effect of Ru addition on γ/γ′ microstructural stability in a low-density CoNi based superalloy
Ru添加对低密度CoNi基高温合金γ/γ'显微组织稳定性的影响
Prafull Pandey✉, Amit Sawant, Nithin Baler, Surendra K. Makineni✉, Kamanio Chattopadhyay✉
Prafull Pandey: prafull1011@gmail.com
Surendra K. Makineni: skmakineni@iisc.ac.in
Kamanio Chattopadhyay: kamanio@iisc.ac.in
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114318
摘要
目前的工作探讨了添加钌(Ru)对γ/γ'强化型Co-30Ni-10Al-5Mo-2Nb高温合金的影响。2 at.% Ru增加了900°C下的γ/γ'微观结构稳定性。XRD和APT显示γ/γ'晶格错配减少了约26%,Ru在γ/γ'界面的偏析,这有助于降低γ/γ'界面能。γ'析出物在900°C下的随时间的演变显示了经典的基体扩散控制LSW机制,其粗化速率常数(Kr)~ 6.03 nm3/s类似于Co-Al-W基高温合金的值。此外,Ru的添加增加了异常强化的程度,在770°C下的0.2%弹性极限应力(PS)峰值约为630 MPa。结果表明,Ru作为一种很有前景的合金添加剂,可以提高低密度CoNi基高温合金在高温下的γ/γ'微观结构稳定性。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114336
7. Entropy-driven melting point depression in fcc HEAs
Fcc高熵合金中由熵驱动导致的熔点降低
Tanner Kirk, Brent Vela, Seth Mehalic, Khaled Youseff, Raymundo Arroyave✉
Raymundo Arroyave: rarroyave@tamu.edu
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114336
摘要
高熵合金(HEA)是一种日益重要的合金设计范式。单相合金熵稳定的前提激发了对HEA的研究。相对于其他低熵竞争固相,化学复杂性可能确实有助于稳定单一合金相。矛盾的是,这种复杂性可能会破坏这些合金对液相的稳定性,从而可能限制HEA在高温下的应用空间。在这项工作中,我们使用最先进的CALPHAD数据库对fcc CoCrFeMnNiV-Al HEA空间中的相稳定性进行了全面探查。通过使用现代可视化技术和统计分析,我们研究了化学复杂性和液态稳定性之间的权衡,并确定了发展高温合金的潜在难以克服的障碍,至少在传统的fcc HEA空间内。有限的实验数据似乎与该分析一致。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114327
8. Plasticity, localization, and damage in ferritic-pearlitic steel studied by nanoscale digital image correlation
通过纳米级数字图像研究铁素体-珠光体钢的塑性、局部化和损伤
T. Vermeij, J.P.M. Hoefnagels✉
J.P.M. Hoefnagels: j.p.m.hoefnagels@tue.nl
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114327
摘要
通过纳米分辨率微观结构相关的SEM-DIC (μ-DIC) 应变图研究了铁素体-珠光体钢中从塑性到局部变形再到损伤的变形演变过程,通过超高精度实现微观结构与应变的对应。我们揭示了铁素体和珠光体的关键塑性机制,以及它们向局部化和损伤的演变以及它们与显微组织排列的关系。值得注意的是,确定了两种截然不同的机制来控制珠光体中是否发生损伤,并且通过连接铁素体晶粒中的局部热点,可能导致宏观断裂:(i)具有相对整洁片状结构的珠光体桥开裂,这是由附近铁素体中应变集中的积累导致渗碳体片晶脆性断裂造成的;(ii)珠光体桥中没有大的塑性损伤,具有更“开放”的混沌珠光体形态,这使得层间铁素体通道中的塑性渗透路径成为可能。基于这些见解,提出了抗损伤铁素体-珠光体钢的建议。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114345
9. Strength-ductility synergy in Mg98.3Y1.3Ni0.4 alloy processed by high temperature homogenization and rolling
通过高温均质和轧制协同提升Mg98.3Y1.3Ni0.4合金的强韧性
Yucheng Zhou, Qun Luo, Bin Jiang, Qian Li✉, Fusheng Pan
Qian Li: shuliqian@shu.edu.cn (重庆大学)
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114345
摘要
通过高温均质和轧制制备了一种含有长程有序堆积(LPSO)相的新型Mg98.3Y1.3Ni0.4合金,该合金具有320 MPa的超高极限抗拉强度和17.0%的伸长率,且拉伸变形时加工硬化率低。均质化后的原始晶粒中存在具有层状形态的块状LPSO相。细化晶粒、破碎的LPSO相和高密度几何必要位错为轧制合金提供了良好的强度,强度增量分别为146.3 MPa、51.7 MPa和68.3 MPa。良好的延展性和低加工硬化率归因于弱的基底织构、高施密特因子的非基底滑移的激活和高密度位错的湮灭。原位拉伸试验结果表明,非基底滑移、变形孪晶、晶粒旋转和LPSO相吸收塑性变形能共同促进了协调变形,这也表明该合金具有良好的延展性。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114339
10. Vacancy migration energies in CrMnFeCoNi, CrFeCoNi, and CrFeNi alloys and their effect on atomic diffusion
CrMnFeCoNi、CrFeCoNi和CrFeNi合金中的空位迁移能及其对原子扩散的影响
Kazuki Sugita✉, Ryusei Ogawa, Masataka Mizuno, Hideki Araki, Atsushi Yabuuchi
Kazuki Sugita: sugita@mat.eng.osaka-u.ac.jp
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114339
摘要
高熵合金中的缓慢扩散机制尚未完全了解。在这项研究中,我们旨在通过估计此类合金中的空位迁移能来了解其机制。通过正电子湮没寿命光谱研究了电子辐照后退火过程中等摩尔CrMnFeCoNi、CrFeCoNi和CrFeNi合金的空位迁移和湮灭行为。这些合金中单空位的迁移能分别为0.93、0.92和0.79 eV,与纯镍相当或略小于纯镍,纯镍是具有相同面心立方结构的金属成分之一。另一方面,空位迁移能随着组成元素数量的增加而增加,这表明 CrMnFeCoNi 合金中局部化学环境可能会捕获浅空位。这些结果并不能完全解释高熵合金的缓慢扩散机制。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114343
11. Formation of nodular bainite in an Fe-9.10Ni-0.06C (wt. %) alloy: A new microstructure for cryogenic steels
Fe-9.10Ni-0.06C (wt.%)合金中球状贝氏体的形成:低温钢的新显微组织
Y. Bagheri, H. Kamali, E. Kamali, S. Hossein Nedjad✉
S. Hossein Nedjad: hossein@sut.ac.ir
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114343
摘要
淬火和回火Fe-9Ni (wt.%)钢已广泛用于低温件中。该研究首次报道了在550°C和500°C下等温转变24h期间,Fe-9.10Ni-0.06C(wt.%)钢中形成球状贝氏体。电镜显示先共析铁素体的形成主要是在奥氏体分解的第一阶段,在原奥氏体晶界或晶内夹杂物处发生大量转变。然后,由铁素体基体和多排细小的渗碳体析出物组成的球状贝氏体,在相邻的富碳奥氏体分解过程中通过相界面析出形成。球状贝氏体中的铁素体和渗碳体之间均观察到Bagarayatskii和Isaichev取向关系。500°C相变样品中球状贝氏体的显微硬度(214±4 VHN)高于550°C 相变样品中的显微硬度(195±5 VHN),这是由于前者中渗碳体析出的尺寸较小。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114344
12. Helium partitioning to the core-shelled Ta nanoclusters in nanocrystalline Cu-Ta alloy
氦分配到纳米晶Cu-Ta合金中的核壳Ta纳米团簇
S. Srinivasan, B.C. Hornbuckle, K.A. Darling, H. Kim, Y.Q. Wang, K. Solanki ✉
K. Solanki: kiran.solanki@asu.edu
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114344
摘要
在这项工作中,纳米晶(NC)Cu-10at.%Ta合金在不同温度下用氦气辐照,以评估Ta纳米团簇在捕获氦气和抑制膨胀方面的稳定性和有效性。室温辐照样品的高级微观结构表征表明,在峰值损伤深度处存在小的He气泡(~1-2 nm),主要位于核心和沿Ta纳米团簇与Cu基体的界面。沿晶界处几乎没有发现气泡,在铜晶格内均匀分布的气泡要小得多。高温辐照显示出约3-5 nm的气泡,与其他位置相比,这些气泡主要与纳米团簇相关,没有观察到气泡的刻面。原子探针分析证实氦分配到Ta纳米团簇,表明这He原子被有效捕获。
SCRIPTA
Vol. 208, 1 Fed. 2022, 114362
13. Facile route to implement transformation strengthening in titanium alloys
钛合金相变强化的简便途径
Guohua Zhao✉, Xin Xu✉, David Dye, Pedro E.J. Rivera-Diza-del-Castillo, Nik Petrinic
Guohua Zhao: guohua.zhao@eng.ox.ac.uk
Xin Xu: xin.xu@imperial.ac.uk
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114362
摘要
能源效率战略需要开发更轻、更坚固和更具延展性的航空航天金属材料。具有孪生诱导塑性(TWIP)和/或相变诱导塑性(TRIP)效应的合金已被用来克服强度与延展性的冲突,但很少有物理方法可以解决转变之间的复杂相互作用。该研究报告了一种在Ti合金中部署相变介导强化的简便途径,该途径特别关注通过机制驱动的建模方法对TRIP和TWIP的监督激活。新合金得到了相对发展,并且对应变局部化具有显著的抵抗力,但有趣的是通过不同的机械特性。具体而言,在Ti-10Mo-5Nb (wt.%)中实现了峰值为2.4 GPa的非凡应变硬化率(dσ/dε),这是由于分层转变的协同激活所致。集成TRIP和TWIP的有效模型被用来解释转换机制的相互作用。