Thermally-activated precipitation strengthening
基于位错理论建立热激活沉淀强化模型，揭示剪切与绕过机制的竞争及温度、体积分数等因素对强化行为的影响，为材料设计提供指导。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Precipitation strengthening as a collective multi-dislocation phenomenon
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
通过大规模原子模拟，发现沉淀强化源于多错位同时相互作用，超越传统切割-弯曲二分法，建立新机制框架。
2026-10-22 cond-mat.mtrl-sci
On the interaction of precipitates and tensile twins in magnesium alloys
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH（马克斯·普朗克钢铁研究所）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
本研究采用晶体塑性相场模型，揭示析出物钉扎孪晶边界导致强化，发现CRSS随体积分数和长宽比线性增加，尺寸低于临界值时因类Orowan机制显著强化，为高强镁合金设计提供指导。
2019-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Solid solution and precipitation strengthening effects in basal slip, extension twinning and pyramidal slip in Mg-Zn alloys
提出了一种高通量的方法，基于扩散偶和先进的纳米力学测试方法的组合，直接测量合金化对镁合金中各个变形模式的临界分辨剪切应力（CRSS）的影响。该方法在Mg-Zn合金中进行了测试，通过评估合金化效果，直到Zn含量为2at.%，在两种冶金状态下，即淬火态和峰时效态，Zn溶质原子在固溶体中均匀分散，Zn原子形成棒状$MgZn_{2}$析出相。一个综合的方法，包括微观力学测试，透射菊池衍射，和高分辨率透射电子显微镜进行，以揭示相应的变形机制。结果表明，$MgZn_{2}$沉淀对基体滑移和拉伸孪晶的CRSS增强作用明显大于Zn固溶体的作用，而对锥体滑移的增强作用在两种情况下是相似的。结果表明，固溶强化Mg-Zn合金的各向异性比保持较高，与纯Mg相似。然而，它们在沉淀强化Mg-Zn合金中显著减少。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Stabilization of Precipitates through Interface Segregation: Chemical Effects
沉淀硬化依赖于高密度的金属间沉淀物，是用于强化结构合金的常用技术。结构合金通常通过高密度的小尺寸金属间沉淀物来强化。然而，在高温下，沉淀物粗化以减少界面的过量能量，导致由沉淀物提供的强化显著降低。在某些三元合金中，二次溶质偏析到界面并导致形成高密度的纳米尺寸沉淀物，其提供增强的强度并抵抗粗化。为了了解所涉及的化学效应，并确定这样的系统，我们开发了一个热力学模型的框架下，定期纳米晶溶液模型。对于不同的整体成分、温度和热力学参数，通过最小化相对于特定区域（本体固溶体、界面和沉淀物）浓度和尺寸的吉布斯自由能函数来评估Mg-Sn-Zn合金的平衡构型。结果表明，Mg/Mg $_2$ Sn界面Zn偏析可使Mg $_2$ Sn析出相稳定在纳米尺度，提高Zn浓度可使析出相稳定，防止高温下的粗化。再加上列入弹性应变能的影响和输入的计算知情的界面热力学参数在未来，该模型预计将提供一个更现实的预测偏析和沉淀物稳定的三元合金的结构的重要性。
2017-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening magnesium by design: integrating alloying and dynamic processing
本文探讨了溶质团簇与析出相如何改善Mg合金性能，提出通过热机械加工控制其形核与长大以优化微观结构的策略，并介绍了基于ICMD方法实现Mg合金逆向设计。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Multi-scale Modeling of Plasticity Nearby Precipitates in Nanostructured Materials
沉淀强化是设计具有所需强度和延展性组合的合金的最有效方法之一。强化的主要机制通常是位错和沉淀物之间的相互作用。当位错遇到沉淀物时，它弯曲，因此对沉淀物施加的应力水平增加。一旦施加的应力达到沉淀物阻力，它就通过沉淀物。位错可以通过形成奥罗万环或切割它们来绕过沉淀物。在这项研究中，重点是设置在一个小的区域附近的析出物，调查他们的有效塑性应变的影响。可穿透和不可穿透的沉淀物都被考虑。两个尺度耦合来模拟这种现象，纳米-微米尺度的塑性是由明确的三维离散位错动力学分析和连续尺度的有限元方法。利用这种混合方法，可以解决纳米结构材料的塑性形变中的复杂问题。最后，研究了有效塑性应变与抗析出性能的关系。
2018-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial microscopic mechanism of free energy minimization in Omega precipitate formation
本文报道了Al_Cu_Mg_Ag合金中Omega析出相（Al2Cu）形成的一个复杂的应变调节和自由能最小化机制。我们发现，在界面处的Ag和Mg之间的亲和力提供了降低形成热的驱动力，而在界面原子位置处的不同原子半径的Mg，Al和Cu之间的取代改变界面厚度和调整沉淀物失配应变。这里的结果突出了界面结构在沉淀物形成中的重要性，以及将原子分辨率成像与第一原理理论相结合的潜力，用于解开纳米级界面的物理学之谜。
2014-01-27 cond-mat.mtrl-sci
The effect of size and distribution of rod-shaped β' precipitates on the strength and ductility of a Mg-Zn alloy
本文定量研究了Mg-Zn合金中β'相的尺寸和分布对强度和塑性的影响。尽管沉淀强化对于镁合金的实际应用至关重要，但本研究首次系统地研究了控制变形对沉淀物尺寸分布以及由此产生的镁合金强度和延展性的影响。采用预时效变形，通过非均匀形核获得不同分布的棒状β'析出相。挤压合金以获得织构，从而避免形成孪晶，从而确保位错是主要的成核位点。预时效应变细化了沉淀相的长度和直径，平均长度从440 nm减小到60 nm，直径从14 nm减小到9 nm。从显微照片中测量颗粒间距，并表明沉淀物分布中存在一些不均匀性。合金的屈服应力从273 MPa提高到309 MPa。屈服应力线性增加的倒数颗粒间的间距的函数，但在一个较低的速率比Orowan强化预测。预时效变形也导致延展性的显著损失（从17%至6%的伸长率）。在失败和均匀伸长率的真实应变表现出与颗粒间距的线性关系，在协议的非变形障碍物周围的位错的积累模型。与未变形的材料相比，经受3%预时效变形的样品显示出显著增加的时效响应;然而，额外的变形（至5%应变）仅导致沉淀物分布和机械性能的适度变化。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
On chemical order and interfacial segregation in $γ^\prime$ (AlAg$_2$) precipitates
对Al-Ag和Al-Ag-Cu合金中的$γ^\prime$（AlAg $_2$）沉淀进行了详细的研究，以调和关于该相化学有序和层错的相互矛盾的报道。高角环形暗场扫描透射电子显微镜和会聚束电子衍射表明，在473 K时效2-23 h的合金中，$γ^\prime$沉淀物的交替基面上没有化学有序化的迹象。磷灰石可见为具有1-13 fcc $\rightarrow$ hcp堆垛层错的富Ag区域，对应于厚度范围为0.69-6.44 nm的$γ^\prime$片晶。没有系统缺失的厚度。首次直接观察到具有等于$c$晶格参数（0.46 nm）的上升高度的生长壁架。真正的堆垛层错内的沉淀物是极其罕见的，只观察到较厚的沉淀物。在具有1-3个堆垛层错的沉淀物中，在基质的周围fcc层中也存在大量Ag，表明Ag强烈地分离到宽的平面沉淀物-基质界面。这种分离是以前报道的$γ^\prime$沉淀物中堆垛层错的原因。结果表明，$γ^\prime$沉淀生长的早期阶段是界面控制的。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci
The effect of precipitation on strength and ductility in a Mg-Zn-Y alloy
在Mg-3.0at.%的合金中，测定了预时效变形对β相尺寸和分布的影响，以及对强度和塑性的影响Zn-0.5at.% Y合金。将合金挤出，然后进行T8热处理，包括固溶处理、冷加工和人工时效。挤出用于引入织构，确保变形通过滑移而不是孪生发生。使样品经受受控的单轴变形，然后等温老化至峰值硬度。测量了晶粒长度、直径和数密度，并根据合金的强度和塑性进行了评价。在没有预时效变形（即T6处理）的峰值时效条件下，β '沉淀物的形核较差，只有0.5%的体积分数，而T6处理的二元Mg-3.0at.%锌合金。与Mg-3.0at.%的二元合金相比，Mg-Zn-Y合金的显微组织不太细化，具有较大直径的沉淀物和较低的β素数密度锌合金。变形至5%塑性应变将β '沉淀物的体积分数增加至约2.3%，并细化β'沉淀物的长度和直径。这些效应的组合使等温时效后的屈服强度从217 MPa（0%冷加工）增加到287 MPa（5%冷加工）。屈服应力随基面和棱柱面上颗粒间距的倒数线性增加，合金表现出与Mg-Zn相似的抗基面滑移强化。伸长率随颗粒间距线性增加。当颗粒间距相等时，Mg-Zn-Y合金的塑性与Mg-Zn合金的塑性相近。
2012-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation dynamics prediction of the strength of Al-Cu alloys containing shearable $θ''$ precipitates
研究了Al 4 wt.通过位错动力学模拟确定了含有均匀分布的$θ''$析出相的Cu合金。通过透射电镜观察，获得了合金中析出相的尺寸分布、形状、取向和体积分数，并研究了控制位错/析出相相互作用的参数（弹性失配、相变应变、位错迁移率和交叉滑移几率等）。都是通过原子模拟计算出来的沉淀物被假定为是不可穿透的或可被位错剪切的，后者的特征在于必须克服以剪切沉淀物的阈值剪切应力。的临界解析剪切应力和位错/沉淀相互作用机制的模拟预测与实验结果吻合良好。得出的结论是，该合金的最佳强度是通过均匀分布的$θ''$沉淀物获得的，该沉淀物的平均尺寸（$\approx$ 40 nm）处于沉淀物剪切和成环之间的过渡处。总之，本文提出的位错动力学策略能够提供金属合金中沉淀强化的定量预测。
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Discrete dislocation dynamics simulations of dislocation-$θ'$ precipitate interaction in Al-Cu alloys
位错/沉淀相互作用的机制进行了研究，通过离散位错动力学内的多尺度方法。使用离散连续方法结合快速傅立叶变换求解器进行模拟以计算机械场。采用场位错力学方法对原有的模拟策略进行了修正，使之包括直位错段，并应用于模拟Al-Cu合金中刃型位错与$θ'$析出相的相互作用。结果表明，弹性失配对Al-Cu系中位错/析出相相互作用的影响可以忽略不计。此外，沉淀物的纵横比和取向的影响是合理的简单Orowan模型中的无应力转变应变的情况下捕获。然而，无应力转变应变的引入导致位错/沉淀物相互作用和临界分解剪切应力的急剧变化，以克服沉淀物，特别是在具有小纵横比的沉淀物的情况下。新的多尺度方法来研究位错/沉淀物的相互作用打开了可能性，以获得定量估计的强化所提供的沉淀物在金属合金中考虑到微观结构的细节。
2018-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Orowan strengthening with thermal activation
Orowan强化是金属材料强化的一种主要方式，温度对Orowan强化机制的影响至今仍存在争议，本文系统地研究了温度对Orowan强化机制的影响，提出了一种热激活Orowan强化机制，结果表明，障碍尺度对热激活有显著影响，在较小的障碍尺度下，热激活对Orowan应力的贡献不可忽略;在较大的障碍尺度下，即使在高温下，热激活的贡献也可以忽略，除了温度外，剪切模量，应变速率，和位错密度对Orowan应力的影响，这不仅为Orowan强化机制提供了新的认识，而且有助于开发新的高温结构材料。
2023-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening from dislocation restructuring and local climb at platelet linear complexions in Al-Cu alloys
本研究通过原子模拟揭示Al-Cu合金中片状线性界面相诱导位错刻面化与局部攀移的新型脱钉强化机制，并建立临界剪切应力与有效析出相间距的反比关系。
2024-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced strain rate sensitivity due to platelet linear complexions in Al-Cu
本文通过原子模拟研究Al-Cu中片晶线性复合结构，发现位错需先攀移才能滑移，导致其强度应变速率敏感性比经典析出强化机制高最多五倍。
2025-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of dislocation/precipitation interactions in Mg-Al alloys and implications for precipitation hardening
采用原子模拟方法研究了Mg-Al合金中$< a>$位错与析出相的相互作用及其强化机制。
2018-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Influence of simple metals on the stability of $\langle a\rangle$ basal screw dislocations in hexagonal titanium alloys
在密排六方晶钛合金中，基底滑移作为一种次级变形方式，成为钛合金化的主要机制之一。由于这些溶质元素也导致基底堆垛层错能量的显著降低，因此可以假设它们促进位错的基底解离，然后位错可以容易地在基面中滑动。在这里，我们验证了这一假设的有效性，使用从头计算模型的螺位错与铟（In）和锡（Sn）的相互作用。这些计算证实，这些简单的金属被吸引的堆垛层错存在于位错核心时，它是在一个基面解离，但这种相互作用是不够强，以稳定的平面配置，即使在核心中的高溶质浓度。能垒计算表明，基底滑移，在存在的In和Sn，进行没有任何平面解离，与位错被传播在金字塔和棱柱形的平面在基底滑移像在纯钛。相应的能垒较高的溶质原子的存在下，表明在和Sn不缓解基底滑移，但增加相应的晶格摩擦。这种强化的基础滑移溶质原子进行了讨论，鉴于现有的实验数据。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Inoculating solid-state homogeneous precipitation by impurity atoms through a spinodal decomposition like pathway
本研究提出利用杂质原子通过类旋节分解路径接种金属合金固态均匀沉淀的策略，以稀Al-Zr合金为例验证其可加快沉淀动力学、提升析出相数密度和Zr硬化效率，且策略可推广至更多材料。
2024-07-10 cond-mat.mtrl-sci
A discrete dislocation dynamics study of precipitate bypass mechanisms in nickel-based superalloys
镍基超合金中的有序强化与位错绕过分布在$γ$基体中的$γ'$沉淀物所需的额外应力有关。已经确定了多种旁路机制，随着操作条件从低/中温和高应力状态向高温和低应力状态的变化，各种剪切和Orowan成环过程让位于爬升旁路。当反相边界（APB）剪切和Orowan循环机制操作时，旁路机制随着颗粒尺寸的增加和在宽的共存尺寸窗口内从剪切变为循环。另一种有间接实验证据支持的可能性是，第三种“混合”过渡机制可能起作用。本文利用离散位错动力学（DDD）模拟研究了镍基高温合金中的位错旁路机制。我们发展了一种新的方法来计算DDD模拟中的广义层错力。我们用这种方法来研究旁路的一个正方形的球形$γ'$沉淀物的$a/2\langle110\rangle\{111\}$刃位错的机制，作为沉淀物的体积分数和尺寸的函数。我们表明，混合机制是可能的，它作为一个过渡机制之间的剪切和循环制度在很大范围内的沉淀物的体积分数和半径。我们还考虑了一个$γ/γ'$晶格失配的旁路机制，我们近似根据Eshelby的夹杂理论计算的额外的沉淀应力的影响。我们发现，在剪切和混合循环剪切制度，晶格失配一般会导致旁路应力增加。对于足够高的晶格失配，旁路应力由沉淀物的出口侧上的拖尾位错的钉扎控制。
2021-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening of Al-Cu alloys by Guinier-Preston zones: predictions from atomistic simulations
基于分子静力学和分子动力学模拟，结合过渡态理论，提出了一种确定含Guinier-Preston区的Al-Cu合金流变应力的尺度桥接方法。对流动应力的非热贡献由泰勒模型确定，而热贡献由障碍强度和自由能垒获得。这两个量级是通过对两个不同取向的Guinier-Preston带与刃位错相互作用的分子静力学和分子动力学模拟得到的。该模型的预测与实验数据进行了比较，并在合理的协议，显示出潜在的原子模拟结合过渡态理论预测的金属合金的流动应力与沉淀强化。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Influence of severe plastic deformation on the precipitation hardening of a FeSiTi steel
晶粒细化和高析出相体积分数（~6at.%）的复合强化效应采用原子探针层析成像和扫描透射电镜研究了时效前SPD处理对FeSiTi合金力学性能的影响。结果表明，细化的显微组织影响的析出动力学和二次硬化金属间相，观察到成核的位错和亚晶界上的非均匀的空间分布。结果表明，连续进行这两种强化机制的合金表现出较低的机械强度的增加比一个简单的估计的基础上的两个单独的强化机制的总和。
2012-09-07 cond-mat.mtrl-sci
An analysis of the influence of the precipitate type on the mechanical behavior of Al-Cu alloys by means of micropillar compression tests
不同类型的析出物（Guinier-Preston区、$θ''$或$θ'$）对临界分解剪切应力和应变硬化的影响通过在Al - 4 wt. Cu合金。在每种情况下测量沉淀物的尺寸、形状和体积分数。发现对于直径为$\ge$ 5 $μ$ m的微柱，尺寸效应可以忽略不计。具有Guinier-Preston区的微柱由于沉淀物剪切而表现出应变局部化。无论是$θ''$沉淀物的精细分散体还是$θ'$的较粗分散体，都获得了最佳的机械性能。在$θ''$沉淀物周围观察到沉淀物剪切和Orowan环，并且微柱强度与Orowan模型的预测相容。对于含有$θ'$析出相的合金，模型中必须考虑析出相周围相变应变对强化的贡献，以解释实验结果。最后，利用不同取向晶体中的微柱压缩实验标定了晶体的唯象塑性。这些信息被用来预测多晶体的机械性能，通过计算退火。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First principles analysis of precipitation in Mg-Zn alloys
采用第一性原理计算分析了Mg-Zn合金中的析出相。确定了对称不同hcp Mg_（1-x）Zn_x（0 < x < 1）构型的形成能，并从凸包中确定了与矩阵相干的Guinier-Preston区的潜在候选者。最有可能的结构根据沿基面的界面能进行排序。此外，还计算了实验报道的几种相（Mg 4 Zn 7、MgZn 2立方相、MgZn 2六方相、Mg 21 Zn 25和Mg 2 Zn 11）的形成能和振动熵贡献。Mg 4 Zn 7、MgZn 2立方相和MgZn 2六方Laves相的形成能非常接近，因为它们是由菱面体和六方晶格单元的不同排列形成的。结果表明，β_1^'沉淀是由上述三种沉淀的混合物形成的。然而，几何排列的差异导致熵能贡献的变化，这决定了高温稳定性。结果表明，MgZn_2六方Laves相在高温下是最稳定的相，随着时效温度的升高或时效时间的延长，β_1^'相有向β_2^'（MgZn_2六方）相转变的趋势。最后，发现平衡β相（Mg_（21）Zn_（25））是一种长程序相，由于触发从短程序相β_2^'到β的转变所必需的动力学过程，该长程序相沉淀最后一个相。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Effect of homogenization on precipitation behavior and strengthening of 17-4PH stainless steel fabricated using laser powder bed fusion
有效的后热处理对于在增材制造（AM）部件中实现高性能所需的微观结构至关重要。本文研究了均匀化对17-4PH钢组织-性能关系的影响。在17-4PH钢中观察到NbC、氧化物和ε-Cu的析出。为了设计最佳的后热处理，在1050 ° C下进行不同时间的均质化，然后在482 ° C下老化1小时。结果表明，均质化1小时后再进行时效处理，由于马氏体和原奥氏体晶粒细化，导致强度和塑性的最佳组合。热处理后的合金的拉伸性能得到了改善，超过了传统制造的17-4PH钢。通过对合金微观组织的综合分析，推测合金中的非共格ε-Cu析出相在均匀化过程中溶解，随后在时效过程中以共格富Cu团簇的形式重新析出。本研究表明，使用后热处理改变沉淀行为是一个有效的途径，以显着提高AM合金的机械性能。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Precipitate-Induced Dynamic Strain Aging and Its Effect on the Strain Rate Sensitivity of Precipitation Hardened Aluminum Alloys
Cornell University（康奈尔大学）；University of Canterbury（坎特伯雷大学）
通过原子模拟、动能蒙特卡洛和分析速率理论研究析出诱导动态应变时效，揭示析出强化铝合金中低应变率敏感性的机理。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Heat treatment - microstructure - hardness relationships of new nickel-rich nickel-titanium-hafnium alloys developed for tribological applications
研究了各种热处理对新型Ni 56 Ti41 Hf 3和Ni 56 Ti 36 Hf 8（原子%）合金的显微组织和硬度的影响，以评价这些材料在摩擦学应用中的适用性。对于固溶退火（SA）的Ni 56 Ti 36 Hf 8合金（716 HV），观察到由于Hf原子的固溶强化效应，导致与含有54体积% Hf的Ni 56 Ti 41 Hf 3合金相当的硬度。Ni_4Ti_3析出相的硬度为707 HV。在Ni 56 Ti41 Hf 3合金中，在300 ℃时效12 h后达到的最大硬度（752 HV）归因于致密的、半共格的Ni 4 Ti 3相的析出。不同于透镜状形态通常观察到的二元NiTi合金，块状Ni 4 Ti 3的形态内形成Ni 56 Ti 36 Hf 3由于在沉淀物/基体界面处的惯习平面的垂直方向上的较小的晶格失配。Ni 56 Ti 36 Hf 8合金在300 ℃时效12 h后再进行550 ℃时效4 h，硬度最高，达到769 HV。这种两步时效处理诱导两种散布的沉淀相（即H相和新的立方富Ni沉淀相）的密集纳米级沉淀，导致该家族合金表现出的最高硬度。使用原子探针层析术测量立方富Ni沉淀物的组成为约Ni61.5Ti31Hf7.5，而HAADF-STEM揭示了54个原子基序的立方结构（α = 8.87埃），并且电子衍射显示该结构属于pm-3 m（No.221）空间群。
2020-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural engineering of medium entropy NiCo(CrAl) alloy for enhanced room and high-temperature mechanical properties
这项工作演示了一个强大的和韧性的中熵合金的发展，采用传统的合金化和热机械加工诱导部分再结晶（PR）和析出强化的显微组织。电子显微镜和原子探针层析成像的结合使用揭示了在此过程中的微观结构演变的顺序。首先，均匀化合金的冷加工导致高度变形的显微组织。在700°C下退火时，B2有序沉淀物在高度取向错误的位点上非均匀地成核。这些B2促进新的再结晶的无应变晶粒的粒子刺激成核（PSN）。再结晶晶界的迁移导致高密度层状组织中L12有序区的不连续析出。原子尺度的成分分析表明，显着量的Ni局限于GB区域之间的B2和L12沉淀，表明镍作为一个速率控制元素粗化的微观结构。在20小时的退火时，该合金包括软再结晶区和硬非再结晶区的复合微观结构、晶界（GB）处的B2颗粒和晶粒内的共格L12沉淀物。B2在再结晶期间固定GB运动，而后者提供高强度。该显微组织在环境温度下的0.2%屈服应力（YS）值为1030 MPa，伸长率为32%，并且在670°C下保持高达910 MPa。此外，它在700 °C下显示出出色的微观结构稳定性，并在高达770°C的高温下抗变形。变形显微组织的检查揭示了过度的孪晶、堆垛层错的形成、L12沉淀物的剪切以及归因于合金的高应变硬化的在B2沉淀物和GB周围的位错的积累。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Size-Dependent Power Laws for Edge Dislocations in Nickel Superalloys: A Molecular Dynamics Study
本文利用分子动力学模拟研究了镍高温合金中刃型位错运动的临界分切应力尺寸效应，发现CRSS对γ'析出相体积分数呈双区域幂律依赖，并归结为CRSS对析出相长度的线性关系，临界转变尺度为成对位错总核心宽度。
2025-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Single-Layer Fe-Cu Interphase in Ferritic Steels Stabilized by Magnetic Friedel Oscillations
针对铜析出钢中Fe含量测定与体相溶解度矛盾的谜团，本研究通过第一性原理计算发现Cu析出相与Fe基体间存在由磁性Friedel振荡稳定的单层Fe-Cu界面相，揭示了量子效应对结构材料的影响，为高强钢设计提供了关键依据。
2024-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening of Mg-Al-Ca alloys with C15 and C36 Laves phases
已知铸造Mg-Al-Ca合金中的Laves相骨架提供相当大的强化。Laves相如CaMg $_2$（C14）、Ca（Al，Mg）$_2$（C36）和CaAl 2（C15）具有高熔点、在室温和高温下的高硬度，但不幸的是固有地易碎。因此，Mg-Al-Ca合金具有良好的蠕变性能，但延展性有限。了解$α$-Mg和Laves相的共变形行为对于优化这些合金的强度-延展性平衡是至关重要的。在这里，我们结合扫描电子显微镜，研究了在$α$-Mg基体、在$α$-Mg/C36和$α$-Mg/C15界面以及在C15相中使用微柱压缩的Mg-4.65 Al-2.82 Ca合金的力学行为（SE成像），电子背散射衍射（EBSD），透射菊池衍射（TKD），和低kV扫描透射电子显微镜（STEM）。我们发现，C15和C36，Laves相提供了相当大的加强$α$-Mg基体通过延迟的基础滑移和延伸孪晶的发生，而只有C36相出现，允许一定程度的滑移转移/塑性共变形，尽管其更大的各向异性相比，立方C15相。因此，基于这些结果，我们得出结论，C36 Laves相对$α$-Mg基体的强化是优选的，因为它结合了容易的骨架形成和一些共变形以及在镁合金的常见应用温度下的相当大的稳定性。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Rolling contact fatigue deformation mechanisms of nickel-rich nickel-titanium-hafnium alloys
采用滚动接触疲劳试验和透射电镜研究了Ni 55 Ti45、Ni 54 Ti45 Hf 1和Ni 56 Ti 36 Hf 8合金的摩擦学性能和变形行为。使用聚焦离子束制备的机加工RCF棒的TEM结果显示了非常接近表面的一些损伤。初始RCF循环后的TEM结果表明，额外的损伤主要限于传播到样品中几微米的变形带。这些带通过局部位错滑移形成，可能在多个滑移系统上，在B2基体内和/或在反复施加的接触应力下在转变的B19主马氏体相内。Ni 55 Ti45和Ni 54 Ti45 Hf 1的进一步循环导致变形带内的强化沉淀物的剪切和溶解，随后形成纳米晶晶粒，最后使带内的剩余基体材料非晶化。与Ni 55 Ti45和Ni 54 Ti45 Hf 1合金（超过6微米）相比，Ni 56 Ti 36 Hf 8合金表现出RCF性能的显著增加和较小的损伤区域（1.5微米）。这归因于Ni 56 Ti 36 Hf 8合金中B2基体相的低分数（小于或等于13%），导致形成窄的变形带（小于11 nm），其不能溶解大得多的沉淀物。相反，变形带被限制在致密的立方NiTiHf和H相沉淀物之间的狭窄通道。相比之下，在Ni 55 Ti 45和Ni 54 Ti 45 Hf 1合金中观察到宽的变形带，伴随着剪切和Ni 4 Ti 3沉淀物的最终溶解，这是由于B2基体相的高面积分数（~ 49%）。
2020-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Linear complexions directly modify dislocation motion in face-centered cubic alloys
线性络合物是在位错存在下形成的缺陷相，因此有希望用于直接控制塑性。在这项研究中，原子模拟被用来模拟线性复杂的影响，基于位错的机制，塑性，表现出独特的行为，不同于经典的位错滑移机制。线性复合物赋予更高的电阻的位错运动的开始和继续相比，在这里研究的所有的面心立方合金的固溶体强化，与确定的线性复合物类型的确切的强化水平。堆垛层错线性复杂性赋予最显着的强化效果，作为位错核心是离域的，和启动的塑性流动需要一个位错成核事件。纳米颗粒和血小板阵列线性络合物通过充当位错的钉扎位点而赋予强化，其中位错通过弯曲机制一次一个地解除钉扎。对于纳米颗粒阵列，即使障碍物不穿过滑移面，而是仅通过修改位错的应力场而相互作用，也会发生这种情况。在目前的工作中观察到的弯曲模式出现类似于传统的奥罗文弯曲周围的经典沉淀物，但在一些重要的方式取决于肤色类型不同。作为一个整体，这项研究表明，线性复杂的微观结构工程，可以允许创建新的塑性形变机制和极端强度的合金是一个独特的工具。
2023-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of particle size and inter-particle spacing on dislocation behaviour of Nickel based super alloys
镍基高温合金在负载重且经常在高温下发生的情况下一直是大量使用的主题。在金属晶格中发挥作用的强化机制已经被广泛地研究为微观力学MMC模型。这些连续体公式受到若干限制。原子尺度的基本机制尚未得到很好的理解。该报告试图模拟运动位错与立方析出相的相互作用，并解释强化效应。研究了颗粒尺寸和颗粒间距对强度的影响。一些物理意义的结果也被解释和显示。
2017-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of Si on Fe-rich intermetallic formation and mechanical properties of heattreated Al-Cu-Mn-Fe alloys
研究了Si对挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn-0.7Fe合金热处理后富铁金属间化合物形成和力学性能的影响。结果表明，Si含量的增加促进了Al 15（FeMn）3（SiCu）2（$α$ -Fe）相的形成，并改变了T（Al 20 Cu 3 Mn 2）相的形貌，其尺寸减小，数量增加。主要原因是Si促进了金属间化合物的异质形核，导致析出物更细小。Si的加入显著提高了合金的抗拉强度和屈服强度。其强化作用主要是由于T相体积分数的增加和$α$ -Fe组织致密，对基体的危害较小，使拉伸过程中裂纹不易萌生和扩展。挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn-0.7Fe合金中Si含量为1.1%时，合金的抗拉强度为386 MPa，屈服强度为280 MPa，延伸率为8.6%。
2017-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Synergism between B and Nb improves fire resistance in microalloyed steels
新型耐火钢的开发是材料科学和工程领域的一个重大挑战。合金元素如Nb和Mo通常用于提高室温和高温下的强度，例如，由于沉淀物和更硬的微观成分的形成。在这项研究中，我们交替地表明，在铌微合金化钢中加入少量的硼可能在保持高温下的机械性能方面发挥至关重要的作用。在$\approx 574$ \，°C下，硼钢的耐火屈服强度标准达到66\，\%，而不含硼时，该值达到$\approx 460$ \，°C，这是一种显著的硼诱导机械强化增强。DFT计算表明，与纯铁素体相比，硼的添加可以降低空位形成能，并且对于Nb-B钢，还存在24%的降低，这表明硼-铌组合充当有效的基于钉扎的强化剂。
2022-02-18 cond-mat.mtrl-sci
An unprecedented synergy of high-temperature tensile strength and ductility in a NiCoCrAlTi high-entropy alloy
本研究报道了一种L12强化的NiCoCrAlTi高熵合金，通过多种变形机制的协同，在600°C下实现了约1271 MPa的极限拉伸强度和25%的延展性，显著优于现有高熵合金和高温合金。
2023-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Formation of $\mathrm{L}1_2$-ordered $γ'$-$\mathrm{Ni}_3\mathrm{Al}$ precipitates in ternary Cu-Ni-Al alloys modelled using an ab initio concentration wave theory and atomistic simulations
H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol（布里斯托大学）；Department of Physics, University of Warwick（华威大学物理系）；New Technologies Research Center, University of West Bohemia in Pilsen（比尔森西波希米亚大学新技术研究中心）
本研究结合从头算浓度波理论与原子模拟，揭示三元Cu-Ni-Al合金中L1₂有序γ'-Ni₃Al析出相的三种成分依赖相变行为，建立了适用于多组元置换合金的高效计算工作流程。
2026-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Creep properties and deformation mechanisms of single-crystalline $γ^\prime$-strengthened superalloys in dependence of the Co/Ni ratio
钴基高温合金被认为是除镍基高温合金外最有前途的高温材料。然而，Ni似乎也是Co基高温合金中不可或缺的合金元素。为了解决基础元素对变形行为的影响，在单晶合金系列上进行高温压缩蠕变实验，该单晶合金系列被设计成呈现变化的Co/Ni比和恒定的Al、W和Cr含量。在900 °C和250 MPa下进行蠕变测试，并通过电子显微镜表征所得的微观结构和缺陷配置。随着Co/Ni比的变化，最小蠕变速率相差一个数量级以上。中间CoNi基合金表现出总体最高的蠕变强度。量化了几种强化贡献，例如$γ$相的固溶体强化、有效扩散系数或堆垛层错能。基体元素含量不同，试样的剪切机制也有很大不同。当富Ni合金表现出SISF和SESF剪切时，富Co合金在$γ^\prime$相被切割时产生扩展的APB。这主要是由于不同的平面故障的能量，所造成的一个不断变化的偏析行为。因此，它被认为是剪切电阻率和发生在$γ^\prime$相的变形机制是至关重要的蠕变性能的研究合金系列。
2021-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation dynamics in Ni-based superalloys: Parameterising dislocation trajectories from atomistic simulations
本研究利用纯镍分子动力学轨迹，通过 DE-MC 方法标定带不确定性的位错运动方程参数，为镍基高温合金变形代理模型奠定基础。
2024-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the transfer of plasticity across Laves phase interfaces in a dual phase magnesium alloy
Mg-Al合金中Laves相骨架的形成可大大改善其力学性能，特别是蠕变性能。最近的纳米力学研究表明，塑性位错滑移（Mg，Al）$_2$钙Laves相，即使在室温下。作为强化骨架，该相在低温下仍然是脆性的。在这项工作中，我们提出的实验证据的滑移转移从Mg基体的（Mg，Al）$_2$钙骨架在室温下，并探索相关的机制，通过原子模拟。我们确定了两种可能的机制转移镁基滑移到Laves相取决于晶体取向：直接和间接滑移转移触发的全部和部分位错，分别。我们的实验和数值观察也突出了界面滑动的重要性，可以防止塑性从一个阶段转移到另一个。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Ultrastrong and ductile CoNiMoAl medium-entropy alloys enabled by L12 nanoprecipitate-induced multiple deformation mechanisms
本文通过系统调节Al含量设计新型Co-Ni-Mo-Al中熵合金，利用L12析出相诱导层错、超位错对和纳米孪晶等多重变形机制，实现强度与延展性的优异协同。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Mo-Re-W Alloys for High Temperature Applications: Phase Stability, Elasticity, and Thermal Property Insights via Multi-Cell Monte Carlo and Machine Learning
本研究结合多晶胞Monte Carlo与机器学习，预测Mo-Re-W合金相稳定性、弹性及热性能，并通过实验验证识别出适合1600°C高温应用的优化成分。
2025-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Interactions between Oxygen Interstitial and <a>-Type Screw Dislocations in alpha-Titanium
我们采用密度泛函理论计算分析之间的相互作用的氧间隙原子和α-<a>钛型螺旋位错（<a>= a<11-20>/3），广义堆垛层错（GSF）的能量，位错芯结构和应变场的氧间隙的调查。与Al等替位原子相比，八面体位置的氧自由基与α-型螺位错核之间存在较大的排斥作用<a>，这是由于Ti晶格位置间的间隙原子在核中的体积大大减小。位错核周围间隙体积的微分位移图和分布表明，与氧间隙的相互作用是非常短的范围（~ 5埃）和方向性的，主要位于棱柱形平面上，在螺旋位错核中的大部分晶格位移<a>发生。在长距离的相互作用介导的应变从间隙氧和位错消失。我们发现，在短距离的大排斥相互作用可以推动氧原子从原来的间隙位到一个新的间隙位的基面上的位错核心。强排斥相互作用和氧杂质的机械洗牌可以预期对位错动力学有很大的影响，并且可以用来解释实验观察到的α-钛中氧杂质的强强化效应。
2015-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Energy-composition relations in Ni$_3$(Al$_{1-x}$X$_x$) phases
该研究通过密度泛函理论与多重散射理论计算，系统揭示了Ni$_3$(Al$_{1-x}$X$_x$)合金在多种相中的能量-成分关系，为镍基高温合金的沉淀强化设计提供了理论指导。
2023-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Effect of bed temperature on solute segregation and mechanical properties in Ti-6Al-4V produced by selective laser melting
先进的表征技术用于在加热基板上生产的LPBF Ti-6Al-4V样品。当基体温度为100°C时，延伸率为6%，在570°C时，延伸率增加并达到峰值10%，然后在770°C时，延伸率急剧下降至零。在100°C下，观察到主要由α+ α '组成的严重应变和孪晶显微组织，并且其与通过常规LPBF方法获得的预制显微组织相当。在更高的温度下，孪晶不再存在，而是在α'和α内观察到纳米级β沉淀物，以及位错网络（570°C）和缠结（770°C）。在所有的预热条件下，观察到在晶体缺陷处的溶质偏析。在100°C的样品中观察到微孪晶处的Al和V偏析，首次报告了在相邻孪晶中形成的“选择性”和相互排斥的富Al和富V区域。在570°C和770°C样品中观察到位错处的V偏析，这与较高的预热温度一致。在所有样品中测得高O含量，但具有明显的相反效果。在100°C和570°C下，估计低于O脆化的临界阈值，并通过固溶体强化局部帮助保持高强度，而在770°C下，它高于阈值，因此以脆性方式失效。基于这些观察结果，从100°C到570°C的延展性的初始增加归因于微孪晶和位错网络的减少，所述位错网络在较粗糙的微观结构中充当滑移的“软屏障”。在770°C下缺乏延展性归因于该样品中局部溶质再分布导致位错钉扎和O含量增加。
2020-12-01 cond-mat.mtrl-sci
