Augsta tecēšanas robeža un stiepes plastiskums ir ļoti svarīgi metālisku materiālu inženierijas pielietojumam. Pašlaik tikai daži īpaši-augstas-izturības tēraudi sasniedz 2 GPa lielu tecēšanas robežu (σy). Tomēr tiem trūkst pietiekamas sacietēšanas spējas plastiskās deformācijas laikā, kā rezultātā standarta vienpusējos stiepes testos uzrādītā vienmērīga deformācija sastāv no zobainas plastmasas plūsmas, ko izraisa lokalizētas deformācijas joslas, nevis patiesa vienmērīga pagarināšanās (ɛu). Šiem īpaši -augstas-izturības tēraudiem, piemēram, martensīta tēraudiem, parasti ir ļoti zems vienmērīgs pagarinājums (piemēram, ɛu ~ 5%). Lai gan klasiskais otrās -fāzes stiprināšanas mehānisms var efektīvi uzlabot materiālu tecēšanas robežu, stiprināšanas līmeni ierobežo sakausējuma otrās fāzes zemā tilpuma daļa (bieži vien <50 tilp.%), kā rezultātā krasi samazinās stiepes plastiskums. Tāpēc materiālu zinātnes galvenais izaicinājums ir tādu sakausējumu projektēšana, kuru tecēšanas robeža σy ~ 2 GPa un vienmērīgs pagarinājums ɛu ir ievērojami lielāks par 10%.
Reaģējot uz iepriekšminētajiem izaicinājumiem, profesors Džan Dziņju, profesors Ma En un akadēmiķis Suns Juns no Sjaņas Dzjaotongas universitātes Nacionālās Metāla materiālu stiprības galvenās laboratorijas ierosināja izmantot īpaši -liela tilpuma F frakcijas intermetālisku savienojumu nogulsnes, proti, koherentās L12 nanokompleksa fāzes stiprināšanu un nekoherentu B2 un nesakarīgu B2 mikromoduli. sakausējuma matricu, pamatojoties uz viņu iepriekšējiem sasniegumiem (Acta Mater, 2022, 233: 117981; Scripta Mater, 2023, 222: 115058). Lai sasniegtu īpaši augstu stiprību un lielu vienmērīgu stiepes elastību istabas temperatūrā, šī sakausējuma konstrukcijas koncepcija ir: i) palielināt tā stiprību ar lielu koherentas L12 nanofāzes tilpuma daļu ar augstu inversijas domēna robeženerģiju un ii) ieviest liela apjoma daļu zema moduļa nesaskaņotas B2 mikrofāzes; No vienas puses, nesakarīgas saskarnes ir efektīvākas, lai kavētu dislokācijas kustību un uzlabotu tecēšanas spēku nekā saskaņotas saskarnes. No otras puses, vairāku leģējošu elementu ieviešana samazina B2 pretfāzes domēna robežu, lai palielinātu tā plastiskumu, ļaujot šīm daļiņām darboties kā dislokācijas uzglabāšanas vienībām un uzlabot darba rūdīšanas spēju.
Vairāku galveno elementu sakausējumu dizaina koncepcija rada milzīgu kompozīcijas atlases telpu sarežģītiem sakausējumiem, kas rada nepieredzētas grūtības, izstrādājot augstas veiktspējas sakausējumus, kuru pamatā ir tradicionālās "izmēģinājumu un kļūdu" metodes. Šajā nolūkā komandas locekļi veica komponentu pārbaudi, izmantojot domēna zināšanu atbalstītas mašīnmācīšanās metodes. Nozīmīgākā elementa Ta (nevis elementa Ti) sinerģiskā sakausēšana tika panākta, izmantojot augstas cietās šķīdības vieglā elementa Al un L12 pretējās fāzes domēna robežas, kā rezultātā L12+B2 dubultā nokrišņu fāzē tika nostiprināts Fe35Ni29Co21Al12Ta3 (at.%) kompleksais sakausējums (1. attēls). L12 nanofāzes (bagāts ar Al, Ta) un B2 mikrofāzes (bagāts ar Al, slikts ar Ta) tilpuma daļas bija attiecīgi līdz ~67 tilp.% un ~15 tilp.%. Gan koherentā L12/FCC saskarne, gan nesaskanīgā B2/FCC saskarne spēja spēcīgi mijiedarboties ar dislokācijām (2. attēls). Tas var ne tikai radīt dislokācijas, bet arī saglabāt dislokācijas, jo īpaši zemā moduļa B2 mikronu fāzi var salīdzināt ar (FCC+L12). Matricā uzkrāto dislokāciju lielāks blīvums (3. attēls) ievērojami uzlabo sakausējuma darba cietināšanas veiktspēju, tādējādi uzlabojot tā tecēšanas/stiepes izturību un stiepes kombināciju, lai panāktu plastiskumu, lai sasniegtu neprecizitāti, neprecizitāti. temperatūra, ievērojami labāka par visiem līdz šim ziņotajiem sakausējumiem (4. attēls). Komandas piedāvātā sakausējumu dizaina stratēģija sniedz arī jaunas idejas citu augstas veiktspējas sakausējumu izstrādei.
1. attēls. (a) Uz domēna zināšanām balstīts mašīnmācīšanās modelis (kas sastāv no sešiem aktīviem mācīšanās cikliem) paredz FeNiCoAlTa komplekso sakausējumu ar izcilu plastiskumu. (b) Teorētiskā paredzamā tecēšanas robeža atbilst eksperimentāli izmērītajai tecēšanas robežai, kas apstiprina mašīnmācīšanās modeļa uzticamību. (c) Saistība starp eksperimentāli izmērīto tecēšanas robežu un modeļa iterāciju skaitu atklāj Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleksa sakausējuma optimālo sastāvu.
2. attēls. (a-d) Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleksa sakausējuma ar trīs-fāzu struktūru, telpas temperatūras deformācijas un saskarnes raksturlielumi, ti, dislokācijas var izgriezt L12 nanofāzi un uzglabāt zema moduļa B2 mikrofāzē. Dislokācijas pastāv gan L12/FCC koherentajās, gan B2/FCC nesaskaņotajās saskarnēs; (e) Sarežģītu sakausējumu ķīmiskā sastāva un sadalījuma raksturlielumu, kā arī vairāku galveno L12 nanofāzes un B2 mikrofāzes elementu sastāva atomu zondes analīze.
3. attēls. Katras sastāvdaļas fāzes dislokācijas blīvuma attīstība Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleksajā sakausējumā ar celmu (a1-d1) ε=0, (a2-d2) ε=8%, un (a3-d3) ε%, kas norāda uz augstāku modulusa 2. blīvumu, kas var uzglabāt zemu B2 mikronumu. vairāk nekā (FCC+L12) matrica.
4. attēls. (a-b) Inženiertehniskā sprieguma-deformācijas un patiesā sprieguma-deformācijas līknes sarežģītiem sakausējumiem ar dažādu sastāvu, (c) Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleksā sakausējuma sacietēšanas veiktspējas salīdzinājums ar citiem 2GPa klases īpaši{10}}augstas izturības{10}D augstas stiprības tērauda, metāliskiem materiāliem. sakausējumi) un (d, e) Fe35Ni29Co21Al12Ta3 kompleksa sakausējuma tecēšanas robežas vienmērīgas stiepes pagarinājuma saskaņošanas un tecēšanas robežas stipra plastmasas izstrādājuma salīdzinājums ar citiem metāla materiāliem. Mehānisko īpašību kombinācija istabas temperatūrā ir ievērojami labāka par citiem ziņotajiem metāla materiāliem.
Pētījuma rezultāti tika publicēti tiešsaistē Nature ar nosaukumu "Mašīnmācības dizains kaļamiem FeNiCoAlTa sakausējumiem ar augstu izturību". Yasir Sohail un Zhang Chongle, doktoranti no Xi'an Jiaotong universitātes Materiālzinātnes un inženierzinātņu skolas, ir attiecīgi pirmais un otrais šī raksta autori. Profesori Džans Dziņju, Markss un akadēmiķis Suns Juns ir līdzvērtīgi šī raksta autori. Darbā piedalījās arī profesori Liu Gang, Xue Dezhen, asociētais profesors Yang Yang un doktoranti Zhang Dongdong, Gao Shaohua, Fan Xiaoxuan un Zhang Hang. Siaņas Dzjaotongas universitātes Nacionālā galvenā metāla materiālu stiprības laboratorija ir vienīgā komunikācijas un pabeigšanas vienība šim darbam. Šis darbs ir pirmā reize, kad ārvalstu studenti no Xi'an Jiaotong universitātes Materiālzinātņu skolas ir publicējuši rakstu par dabu kā pirmais autors. Šis darbs ir saņēmis finansējumu no Ķīnas Nacionālā dabaszinātņu fonda, talantu ieviešanas bāzes 111, Shaanxi provinces zinātnes un tehnoloģiju inovāciju komandas projekta un Centrālās universitātes Pamatpētījumu biznesa fonda. Raksturojums un testēšanas darbs ir saņēmis spēcīgu atbalstu no Xi'an Jiaotong universitātes analīzes un testēšanas kopīgā centra, Materiālzinātnes skolas Eksperimentālo tehnoloģiju centra un Šanhajas gaismas avota.