Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng kích thước hạt đến độ dày của cặp nối trong kim loại nanocristalline với năng lượng khuyết tật xếp chồng thấp
Tóm tắt
Ảnh hưởng của kích thước hạt đến độ dày của cặp nối ít khi được nghiên cứu, đặc biệt là khi kích thước hạt dưới 1000 nm. Trong công trình trước đây của chúng tôi (Mater. Sci. Eng. A527, 3942, 2010), các kỹ thuật biến dạng dẻo mạnh khác nhau đã được sử dụng để đạt được một loạt kích thước hạt từ khoảng 3 µm đến 70 nm trong hợp kim Cu–30% Zn. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) đã cho thấy sự giảm dần trong độ dày của cặp nối biến dạng khi kích thước hạt giảm. Trong công trình hiện tại, TEM độ phân giải cao đã được sử dụng để xác định thêm về các cặp nối biến dạng và đo độ dày của chúng, đặc biệt cho các kích thước hạt dưới 70 nm. Độ dày của cặp nối được phát hiện giảm dần theo kích thước hạt cho đến khi đạt đến một kích thước giới hạn (20 nm), dưới đó chỉ có các khuyết tật xếp chồng được quan sát. Thú vị thay, mối quan hệ giữa độ dày của cặp nối và kích thước hạt trong miền siêu tinh thể/nano được tìm thấy tương tự như trong miền hạt thô, bất chấp sự khác biệt trong cơ chế tạo cặp nối của chúng. Công trình này cung cấp một tập hợp dữ liệu lớn để thiết lập một mô hình dự đoán độ dày của cặp nối trong các vật liệu lập thể trung tâm mặt siêu tinh thể và nano.
Từ khóa
#kích thước hạt #độ dày cặp nối #biến dạng dẻo #hợp kim Cu–30% Zn #kính hiển vi điện tử truyền qua #siêu tinh thể #năng lượng khuyết tật xếp chồng thấpTài liệu tham khảo
L. Lu, Y.F. Shen, X.H. Chen, L.H. Qian, and K. Lu: Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper. Science 304, 422 (2004).
Y.F. Shen, L. Lu, Q.H. Lu, Z.H. Jin, and K. Lu: Tensile properties of copper with nano-scale twins. Scripta Mater. 52, 989 (2005).
Y.T. Zhu, X.Z. Liao, and X.L. Wu: Deformation twinning in nanocrystalline materials. Prog. Mater. Sci. 57, 1 (2012).
S. Ni, Y.B. Wang, X.Z. Liao, H.Q. Li, R.B. Figueiredo, S.P. Ringer, T.G. Langdon, and Y.T. Zhu: Effect of grain size on the competition between twinning and detwinning in nanocrystalline metals. Phys. Rev. B 84, 235401 (2011).
Y.S. Li, N.R. Tao, and K. Lu: Microstructural evolution and nanostructure formation in copper during dynamic plastic deformation at cryogenic temperatures. Acta Mater. 56, 230 (2008).
F. Zhao, L. Wang, D. Fan, B.X. Bie, X.M. Zhou, T. Suo, Y.L. Li, M.W. Chen, C.L. Liu, M.L. Qi, M.H. Zhu, and S.N. Luo: Macrodeformation twins in single-crystal aluminum. Phys. Rev. Lett. 116, 075501 (2016).
M. Chen, E. Ma, K.J. Hemker, H. Sheng, Y. Wang, and X. Cheng: Deformation twinning in nanocrystalline aluminum. Science 300, 1275 (2003).
X.Z. Liao, F. Zhou, E.J. Lavernia, D.W. He, and Y.T. Zhu: Deformation twins in nanocrystalline Al. Appl. Phys. Lett. 83, 5062 (2003).
X.L. Wu and Y.T. Zhu: Inverse grain-size effect on twinning in nanocrystalline Ni. Phys. Rev. Lett. 101, 025503 (2008).
L. Lu, X. Chen, X. Huang, and K. Lu: Revealing the maximum strength in nanotwinned copper. Science 323, 607 (2009).
Q. Huang, D. Yu, B. Xu, W. Hu, Y. Ma, Y. Wang, Z. Zhao, B. Wen, J. He, Z. Liu, and Y. Tian: Nanotwinned diamond with unprecedented hardness and stability. Nature 510, 250 (2014).
X.H. An, S.D. Wu, Z.G. Wang, and Z.F. Zhang: Significance of stacking fault energy in bulk nanostructured materials: Insights from Cu and its binary alloys as model systems. Prog. Mater. Sci. 101, 1 (2019).
Y.S. Li, Y. Zhang, N.R. Tao, and K. Lu: Effect of the Zener–Hollomon parameter on the microstructures and mechanical properties of Cu subjected to plastic deformation. Acta Mater. 57, 761 (2009).
M.A. Meyers, O. Vöhringer, and V.A. Lubarda: The onset of twinning in metals: A constitutive description. Acta Mater. 49, 4025 (2001).
S. Mahajan and G.Y. Chin: Formation of deformation twins in fcc crystals. Acta Metall. 21, 1353 (1973).
Y.T. Zhu, X.Z. Liao, S.G. Srinivasan, Y.H. Zhao, M.I. Baskes, F. Zhou, and E.J. Lavernia: Nucleation and growth of deformation twins in nanocrystalline aluminum. Appl. Phys. Lett. 85, 5049 (2004).
Y. Cao, Y.B. Wang, X.Z. Liao, M. Kawasaki, S.P. Ringer, T.G. Langdon, and Y.T. Zhu: Applied stress controls the production of nano-twins in coarse-grained metals. Appl. Phys. Lett. 101, 231903 (2012).
R.J. McCabe, I.J. Beyerlein, J.S. Carpenter, and N.A. Mara: The critical role of grain orientation and applied stress in nanoscale twinning. Nat. Commun. 5, 3806 (2014).
Y. Li, Y.H. Zhao, W. Liu, C. Xu, Z. Horita, X.Z. Liao, Y.T. Zhu, T.G. Langdon, and E.J. Lavernia: Influence of grain size on the density of deformation twins in Cu–30% Zn alloy. Mater. Sci. Eng., A 527, 3942 (2010).
I.J. Beyerlein, L. Capolungo, P.E. Marshall, R.J. McCabe, and C.N. Tomé: Statistical analyses of deformation twinning in magnesium. Philos. Mag. 90, 2161 (2010).
V. Randle: Mechanism of twinning-induced grain boundary engineering in low stacking-fault energy materials. Acta Mater. 47, 4187 (1999).
S. Kibey, J.B. Liu, D.D. Johnson, and H. Sehitoglu: Predicting twinning stress in fcc metals: Linking twin-energy pathways to twin nucleation. Acta Mater. 55, 6843 (2007).
X.H. An, M. Song, Y. Huang, X.Z. Liao, S.P. Ringer, T.G. Langdon, and Y.T. Zhu: Twinning via the motion of incoherent twin boundaries nucleated at grain boundaries in a nanocrystalline Cu alloy. Scripta Mater. 72, 35 (2014).
J. Wang, N. Li, O. Anderoglu, X. Zhang, A. Misra, J.Y. Huang, and J.P. Hirth: Detwinning mechanisms for growth twins in face-centered cubic metals. Acta Mater. 58, 2262 (2010).
J.B. Cohen and J. Weertman: A dislocation model for twinning in fcc metals. Acta Metall. 11, 971 (1963).
J.A. Venables: Deformation twinning in face-centred cubic metals. Philos. Mag. 6, 379 (1961).
S. Mahajan: Critique of mechanisms of formation of deformation, annealing and growth twins: Face-centered cubic metals and alloys. Scripta Mater. 68, 95 (2013).
K.S. Kumar, H. Van Swygenhoven, and S. Suresh: Mechanical behavior of nanocrystalline metals and alloys. Acta Mater. 51, 5743 (2003).
Z. Shan, E.A. Stach, J.M.K. Wiezorek, J.A. Knapp, D.M. Follstaedt, and S.X. Mao: Grain boundary-mediated plasticity in nanocrystalline nickel. Science 305, 654 (2004).
V. Yamakov, D. Wolf, S.R. Phillpot, A.K. Mukherjee, and H. Gleiter: Dislocation processes in the deformation of nanocrystalline aluminium by molecular-dynamics simulation. Nat. Mater. 1, 45 (2002).
C.X. Huang, K. Wang, S.D. Wu, Z.F. Zhang, G.Y. Li, and S.X. Li: Deformation twinning in polycrystalline copper at room temperature and low strain rate. Acta Mater. 54, 655 (2006).
Y. Cao, S. Ni, X.Z. Liao, M. Song, and Y.T. Zhu: Structural evolutions of metallic materials processed by severe plastic deformation. Mater. Sci. Eng., R 133, 1 (2018).
V. Yamakov, D. Wolf, S.R. Phillpot, A.K. Mukherjee, and H. Gleiter: Deformation-mechanism map for nanocrystalline metals by molecular-dynamics simulation. Nat. Mater. 3, 43 (2004).
H. Van Swygenhoven, P.M. Derlet, and A.G. Froseth: Stacking fault energies and slip in nanocrystalline metals. Nat. Mater. 3, 399 (2004).
S. Ni, Y.B. Wang, X.Z. Liao, R.B. Figueiredo, H.Q. Li, S.P. Ringer, T.G. Langdon, and Y.T. Zhu: The effect of dislocation density on the interactions between dislocations and twin boundaries in nanocrystalline materials. Acta Mater. 60, 3181 (2012).
N. Li, J. Wang, A. Misra, X. Zhang, J.Y. Huang, and J.P. Hirth: Twinning dislocation multiplication at a coherent twin boundary. Acta Mater. 59, 5989 (2011).
J.Y. Zhang, G. Liu, R.H. Wang, J. Sun, and E. Ma: Double-inverse grain size dependence of deformation twinning in nanocrystalline Cu. Phys. Rev. B 81, 172104 (2010).
J.S. Li, Y. Cao, B. Gao, Y.S. Li, and Y.T. Zhu: Superior strength and ductility of 316L stainless steel with heterogeneous lamella structure. J. Mater. Sci. 53, 10442 (2018).
H.Y. Hsiao, C.M. Liu, H.W. Lin, T.C. Liu, C.L. Lu, Y.S. Huang, C. Chen, and K.N. Tu: Unidirectional growth of microbumps on (111)-oriented and nanotwinned copper. Science 336, 1007 (2012).
X.L. Ma, W.Z. Xu, H. Zhou, J.A. Moering, J. Narayan, and Y.T. Zhu: Alloying effect on grain-size dependent deformation twinning in nanocrystalline Cu–Zn alloys. Philos. Mag. 95, 301 (2015).
C.B. Carter and I.L.F. Ray: On the stacking-fault energies of copper alloys. Philos. Mag. 35, 189 (1977).
Y.H. Zhao, X.Z. Liao, Y.T. Zhu, Z. Horita, and T.G. Langdon: Influence of stacking fault energy on nanostructure formation under high pressure torsion. Mater. Sci. Eng., A 410, 188 (2005).
Y.T. Zhu and T.C. Lowe: Observations and issues on mechanisms of grain refinement during ECAP process. Mater. Sci. Eng., A 291, 46 (2000).
R.Z. Valiev and T.G. Langdon: Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Prog. Mater. Sci. 51, 881 (2006).