Små bundfald gør stor forskel i afbødning af styrke-duktilitet afvejning

Forskere fra Institute of Mechanics ved det kinesiske videnskabsakademi, samarbejde med forskere fra Singapore og USA, har fundet ud af, at udfældninger i nanoskala giver en unik bæredygtig forvridningskilde ved tilstrækkelig høj stress.

Forskerne opdagede, at tæt spredte nanopræcipitater samtidig tjener som forskydningskilder og forhindringer, fører til en bæredygtig og selvhærdende deformationsmekanisme, der forbedrer duktilitet og styrke. Resultaterne blev offentliggjort i PNAS den 24. februar kl. 2020.

I strukturelle materialer, modstand mod deformation er af vital betydning, specifikt modstand mod initiering af plastisk deformation eller udbytte; belastningen på dette tidspunkt repræsenterer materialets styrke. I mellemtiden, hvor meget et metal kan deformere plastisk - dets duktilitet - er en anden vigtig foranstaltning. Både styrke og duktilitet afhænger af bevægelsen af ​​metalforskydninger.

Bevægelse af en dislokation bliver vanskeligere, hvis en eller anden barriere eller diskontinuitet kommer ind på dislokationens vej, det er, materialerne er hærdet. Blandt mange hærdningsrutiner, bundfaldshærdning har været veletableret og bredt anvendt i ingeniørmaterialer som Al -legeringer, Ni superlegeringer, stål, og opdagede for nylig legeringer med høj entropi.

Udfældninger tjener som forhindringer for glidning af dislokationer og forårsager hærde af materialet. Imidlertid, de kan føre til for tidlig svigt og nedsat duktilitet. Hindringer for dislokationsglidning fører ofte til høj stresskoncentration og endda mikrosprækker, en årsag til progressiv stammelokalisering og oprindelsen til konflikten mellem styrke og duktilitet.

Ifølge forskerne, nøglen til at afbøde den konventionelle kompromis med styrke-duktilitet er at anvende en mild, men homogen hærdningsmekanisme ved et højt belastningsniveau. Nanopræcipitater giver en bæredygtig og selvhærdende deformationsmekanisme, der forbedrer duktilitet og styrke. Betingelsen for at opnå bæredygtig dislokationsnukleation fra et nanopræcipitat er styret af gitterfejlen mellem bundfaldet og matrixen.

Dr. Peng Shenyou, forfatter til undersøgelsen, sagde "Samspillet mellem de to længdeskalaer, bundfaldsstørrelse og afstand, kan bruges som et optimalt designmotiv til at producere en suveræn kombination af styrke og duktilitet, samt give et kriterium for valg af bundfaldsstørrelse og afstand i materialedesign. "

Disse fund danner et fundament for optimering af styrke-duktilitet gennem tæt dispergerede nanopræcipitter i legeringssystemer med flere elementer.