Транспортировка дислокационной пластичности в двойном

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2829 (2023) Цитировать эту статью

899 Доступов

Подробности о метриках

Понимание скоординированной деформации нескольких фаз под действием приложенного напряжения имеет решающее значение для проектирования конструкции двухфазных или многофазных современных сплавов. В этом исследовании были проведены испытания на растяжение на просвечивающем электронном микроскопе для изучения поведения дислокаций и переноса пластичности дислокаций во время деформации двухфазного сплава Ti-10 (мас.%) Mo, имеющего гексагональную плотноупакованную α-фазу. и объемноцентрированная кубическая β-фаза. Мы продемонстрировали, что пластичность дислокаций предпочитает переходить из альфа-фазы в альфа-фазу вдоль продольной оси каждой пластины, независимо от того, где образовались дислокации. Пересечения различных α-пластин обеспечивали локальную концентрацию напряжений, что способствовало инициированию оттуда дислокационной активности. Далее дислокации мигрировали вдоль продольной оси α-пластин и переносили дислокационную пластичность от одной пластины к другой и через эти пересечения. Поскольку α-пластины распределены в различных ориентациях, скольжение дислокаций происходит в нескольких направлениях, что способствует равномерному пластическому деформированию материала. Наши механические испытания на микростолбиках также количественно продемонстрировали, что распределение α-пластин и пересечений α-α-пластин играет важную роль в настройке механических свойств материала.

Для улучшения механических свойств материалов часто разрабатывают и изготавливают двухфазные и многофазные структуры1. Комбинация различных фаз будет полезна для общих характеристик материала, поскольку каждая фаза имеет различные структуры и свойства2,3. В результате сплавы, состоящие из двух или более фаз, широко используются в основных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую и промышленное машиностроение4,5.

Двумя важными механическими характеристиками, которые оказывают непосредственное влияние на то, насколько хорошо многофазные материалы функционируют в эксплуатации, являются прочность и пластичность6,7. Примечательно, что способ переноса пластической деформации между различными фазами при приложении напряжения тесно связан с прочностью и пластичностью8,9. Поскольку разные фазы обладают разной деформируемостью, всегда весьма интересно понять, как несколько фаз совместно компенсируют пластическую деформацию для материалов, включающих две или более фазы. Было множество попыток разорвать эти отношения. Эдалати и др. исследовали поведение гранецентрированных кубических (FCC) и объемноцентрированных кубических (BCC) структур при кручении под высоким давлением с использованием двухфазного сплава AlFeCoNiCu. При пластической деформации в ГЦК возникли двойники и дефекты упаковки, а в ОЦК10 произошло скольжение дислокаций. Согласно исследованиям Ту и др., феррит играет решающую роль в деформации двухфазной трубопроводной стали бейнит-полигональный феррит. Системы скольжения {123} 〈111〉 и {112} 〈111〉 изначально были включены в феррите. Позже концентрация деформации привела к скольжению новой системы скольжения {110} 〈111〉, которая стала наблюдаться как в бейнитной, так и в ферритной фазах, что должно было служить доказательством перехода деформации от феррита к бейниту11. Коммерческие титановые сплавы в основном состоят из α-фазы с гексагональной плотноупакованной (ГКП) структурой и β-фазы со структурой ОЦК. Обычно обе фазы формируют в пластины. Обычно α-фаза деформируется раньше β-фазы, поскольку считается, что α-фаза более мягкая. Деформация β-фазы происходит позже, которая должна координироваться с деформированными α-пластинами, чтобы приспособиться к деформации12,13. Однако реальный процесс переноса пластической деформации внутри этой двухфазной структуры еще не выявлен.

В настоящей статье были проведены деформационные испытания на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) in-situ для непосредственного наблюдения скольжения дислокаций в двухфазной структуре титанового сплава. Установлено, что для α-фазы дислокации перемещаются вдоль продольных направлений пластины. Пересечение разных α-пластин создавало определенные точки с локальной концентрацией напряжений, что способствовало передаче дислокационной активности с одной пластины на другую. Большинство перенесенных дислокаций двигались в продольном направлении, а некоторые скользили в нескольких направлениях. Из-за переменной ориентации α-пластин образование скольжения дислокаций может происходить в нескольких направлениях, что способствует однородной пластической деформации.