专题 | Nat. Commun.:亚稳高熵合金中的孪晶
2019-10-08 11:22:00 作者:本网整理 来源:《腐蚀与防护之友》 分享至:

 引言

 

孪生是高熵合金,同时提高强度和延展性的基本机制,但其机理研究仍不明确。因为在室温和低温条件下,许多高熵合金机械和热力学性能是不稳定的,给孪生现象和其理论模型研究增加了难度。本文采用第一性原理的计算方法,研究了高熵合金中孪晶的产生原因,解释了塑性变形机制不适合高熵合金的原因。


成果简介

 

近日,瑞典皇家理工学院的 ShuoHuang 和 Levente Vitos,以及韩国浦项科技大学的 Se Kyun Kwon(共同通讯)作者等人,采用第一性原理的有效能垒计算的方法,揭示了高熵合金中孪晶的起源。证明了孪晶是亚稳态面心立方合金的主要变形模式,其分数超过了先前文献中的上限值。目前金属可塑性的发展,为优化高熵合金中亚稳态孪晶,调整工程材料的机械响应提供了机会。


相关成果以“Twinning in metastablehigh-entropy alloys”为题发表在 NatureCommunications 上。


图文导读

 

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图 1:室温下,Fe 80-x Mn x Co 10 C 10 合金的成分与有效势

垒差(γ(-) SF -γ(-) TW )的关系图

 

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图 2:温度与有效能垒差(γ(-) SF -γ(-) TW )的关系图

 

(a)Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金的温度与有效能垒差(γ(-) SF -γ(-) TW )的关系图;(b)CrMnFeCoNi 合金的温度与有效能垒差(γ(-) SF -γ(-) TW )的关系图;(c)CrCoNi 合金的温度与有效能垒差(γ(-) SF -γ(-) TW )的关系图。


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图 3:室温下,Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金、CrMnFeCoNi合金

 

和CrCoNi合金的广义堆垛层错能量曲线图

 

(a)局部错位的 Burgers 矢量 图;(b)有效能垒差(γ(-) SF -γ(-)TW )的仿射剪切应变的函数。


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图 4:孪晶的因素与仿射剪切应变函数的关系图

 

(a)三种温度下,Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10合金的(γ isf /2-σ * )和(δ-σ * )的应变依赖性图;(b)三种温度下,CrMnFeCoNi 合金的(γ isf /2-σ * )和(δ-σ * )的应变依赖性图;(c)三种温度下,CrCoNi 合金的(γ isf /2-σ * )和(δ-σ * )的应变依赖性图。


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图 5:Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金的本征堆垛层错能(γ isf )的变形模式图

 

(a)在 100 到 500K 之间,三种仿射剪切应变的有效能垒差异图;(b)Fe 40 Mn 40 Co 10 Cr 10 合金理论数据的变形模式示意图。


小结

 

本文研究了多组分合金的塑性变形,提出了原子级的 MTW 理论。研 究 了 高 强 度、 高 延 展 性 的 Fe 80-x Mn x Co 10 Cr 10 、CrMnFeCoNi 和 CrCoNi 合金。发现孪晶是基本的变形机制。理论和实验结果表明,在室温和低温下,合金的热力学性能,不适用于塑性模型。孪晶可能是亚稳态面心立方合金的主要变形机制,其孪晶分数超过了已报道的上限。本文发现小的仿射剪切应变,可以进一步放大 MTW 现象。MEAs 和 HEAs 行为可以对孪生诱导可塑性的设计。量子理论有助于了解可塑性,表明在新型多组分合金中,精确控制变形机制是可行的。


文献链接:Twinning in metastable high-entropy alloys(Nat.Commun.,2018,DOI:10.1038/s41467-018-04780-x)。

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