Stress field modification near linear complexions increases the effective obstacle size and strengthening effect
Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（霍普金斯极端材料研究所，约翰斯·霍普金斯大学）；Materials Department, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校材料系）；Department of Materials Science and Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学材料科学与工程系）
研究通过分子动力学模拟揭示线性复相区的塑性机制，发现其显著增强材料强度，且邻近区域的应力场修改能限制位错运动，揭示位错与复相区取向关系对强化效应的关键影响。
2026-06-08 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
Strengthening in multi-principal element alloys with local-chemical-order roughened dislocation pathways
高熵合金（HEAs）被认为具有与多种元素以近乎相等的比例理想混合的固溶体（SS）一样高的构型熵。然而，除了在非常高的温度下，双晶相互作用不可避免地使这种化学无序的SS罕见和亚稳态。在这里，我们强调了一个结构特征，这些集中的SS除了传统的溶剂-溶质的：HEAs具有各种各样的（本地）化学排序（LCO）。我们的原子模拟采用经验的原子间势NiCoCr显示，LCO的多主元素SS的合金加工条件的变化显着，产生了广泛的广义平面故障能量的样品平均值和空间变化。我们进一步表明，LCO提高了能源景观的坚固性，并提出了激活障碍位错活动。这不仅影响了在滑移、断层、孪晶和马氏体相变中位错路径的选择，而且通过纳米级段脱陷的新机制增加了位错运动的晶格摩擦，从而提高了机械强度。所有这些都为基态SS或金属间化合物开辟了一个广阔的运动场，提供了丰富的调整性能的机会。
2019-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary strengthening of FCC polycrystals
采用计算均匀化方法分析了晶粒尺寸对面心立方多晶流动强度的影响。在有限应变塑性的背景下，每个晶粒的机械行为由基于位错的晶体塑性模型决定，并考虑到在晶界处形成堆积。所有的模型参数具有明确的物理意义，并确定了不同的FCC金属位错动力学模拟或实验。结果表明，晶粒尺寸对面心立方多晶体流动强度的影响主要取决于位错平均自由程与体相位错密度之间的相似系数$K$。最后，通过与Ni、Al、Cu和Ag的晶粒尺寸对流动强度的影响的实验结果的比较，验证了建模方法。
2019-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Surface Orientation Strengthening in Metallic Nanowires
由于纳米线具有大的自由表面和强的各向异性，其力学性能与体材料不同。在本文中，NW的强度依赖于其表面取向的强烈揭示，并已确定两种模式的位错形核：角形核和表面形核。表面形核的激活能和激活体积远大于拐角形核的激活能和激活体积。第一位错的形核方式不同，是由于第一位错的侧面与{111}型滑移面相交而引起的。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial-mediated dislocation climb and the weakening of particle-reinforced alloys under irradiation
位错可以通过吸收（或发射）点缺陷（空位和自填隙原子（SIAs））爬出其滑移面。与保守的滑翔运动相反，爬升依赖于点缺陷的热扩散，因此在更长的时间尺度上运行，导致某些形式的蠕变。虽然平衡点缺陷浓度允许位错爬升以减轻非滑移应力，但点缺陷过饱和也会导致渗透力，即使在没有外部应力的情况下也会驱动位错运动。自填隙原子通常具有比空位高得多的形成能，因此它们对爬升的贡献通常被忽略。然而，在辐照条件下，这两种类型的缺陷以相等的数量非热地产生。在这封信中，我们使用简单的热力学参数来表明，在辐照材料中的贡献不可忽略，并且它们对位错引起的渗透力比空位引起的渗透力大许多个数量级。这就解释了为什么{ \it in situ}透射电子显微镜辐照观察到的棱柱形位错环更多的是间隙型而不是空位型。使用离散位错动力学模拟，我们调查的影响，位错障碍物的相互作用，并发现在许多数量级的脱钉时间减少。这对辐照下颗粒增强合金的强度具有重要影响。
2018-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
PNADIS: An automated Peierls-Nabarro Analyzer for DISlocation core structure and slip resistance
位错是影响晶体力学行为的最重要和最基本的晶体缺陷之一，然而，迄今为止，在实验中对其性质和性质的定量测定是相当困难和有限的。本文介绍了一种全自动Peierls-Nabarro（PNADIS）分析仪，它可以自动导出位错的一整套特征和性质，包括位错核结构、Peierls能量和应力、位错核周围的压力场、溶质/位错相互作用能以及固溶强化的能垒和屈服应力。此外，为了满足对简单FCC和HCP结构以及复杂晶体位错性质分析的需要，本文还实现了一维和二维P-N模型。该程序的实现已经通过了大量的计算和实验验证，包括复杂晶体的一维P-N模型、FCC和HCP金属的二维P-N模型、位错核周围的压力场以及合金的固溶强化。我们期望该代码的自动化功能将为确定位错的特征和性质提供高效的解决方案。
2018-12-17 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
Obstacles and sources in dislocation dynamics: Strengthening and statistics of abrupt plastic events in nanopillar compression
纳米柱的机械变形显示出与单晶体行为明显不同的特征：屈服强度随着尺寸减小而增加，并且塑性形变与应变爆发或/和应力下降（取决于加载条件）一起出现，其中随机性特征对材料制备和条件具有非常强的敏感性。这种现象的特征是一个悖论：虽然这些爆发类似于普遍的，广泛独立于材料条件，使用声发射（AE）技术在大块晶体中听到的噪音，但它们主要随着纳米柱的尺寸减小和强度增加而强烈出现。在本文中，我们提出了一个现实但最小的纳米柱弹塑性形变离散位错塑性模型，该模型与纳米柱压缩实验的主要实验观察结果一致，并为这一悖论提供了清晰的见解。随着样本量的增加，该模型自然地在纳米柱的典型渐进行为之间过渡到类似于大体积中尺度塑性的证据的行为。一致的强化，大的流动应力波动和临界雪崩的组合，只观察到在{ \it脱钉制度}的障碍是强得多的位错源，相反，当位错源强度变得可比障碍，然后屈服强度的尺寸效应是不存在的，但塑性雪崩动力学是非常普遍的，在整个样品宽度和纵横比尺度。最后，我们阐明的机制，导致我们的模型位错动力学之间的连接脱钉和尺寸效应。通过这种方式，我们的模型建立了一种统一尺度上机械变形统计方面的方法。
2016-06-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Temperature and high strain rate dependence of tensile deformation behavior in single crystal iron from dislocation dynamics simulations
我们进行位错动力学（DD）模拟铁周期单晶拉伸载荷下在几个高应变率和温度。模拟使最近发展的温度依赖的位错迁移率关系从原子计算。在模拟中的塑性演化是由快速的初始位错增殖，其次是饱和的流动应力时，缓慢的塑性载体的亚群变得稳定的位错湮灭。在500 K以上，刃型位错与螺型位错共存，对流变应力的贡献成正比。DD模拟被用来解释冲击加载实验在铁方面的相对重要性，不同的强化机制。我们发现，在$10^4$ -$10^6$的$^{-1}$应变速率制度，加工硬化解释了冲击加载的大块铁晶体的硬化。
2013-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Precipitate strengthening of pyramidal slip in Mg-Zn alloys
Mg-4wt. %的机械性能在23 ℃和100 ℃下，用微柱压缩法测量了Zn合金单晶沿[0001]取向的生长。固溶处理合金以基底滑移为主，而沉淀硬化合金以锥体滑移为主。金字塔位错通过形成奥罗万环穿过沉淀物，导致均匀变形和强烈硬化。Orowan模型的屈服应力的预测与实验数据是合理的协议。垂直于基面的棒状析出物的存在导致Mg的塑性各向异性的强烈降低。
2020-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Universal Power-Law Strengthening in Metals?
日常生活中使用的大多数金属的强度都有内部或外部的长度尺度。从经验上讲，这是其特点是坚持六个数量级的力量和长度尺度的幂律。理解这种缩放的尝试通常基于特定的机制。然而，材料类型和微观结构对这种现象的广泛适用性表明，单一机制不太可能捕捉到观察到的趋势。在这里，我们开发了一个模型，它给出了定量的洞察标度指数使用已知的普遍性质的位错网络和领先的顺序应力依赖的基本临界应力分布。这种方法证明了一个值的标度指数几乎任何实验数据集的框架内的霍尔-佩奇加强和“小更强”的小尺度塑性的范例。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Grain Boundary Disorder on Yield Strength
最近有报道称，Zr在纳米晶Cu中向晶界（GB）的偏聚可导致无序晶间膜的形成[1，2]。在这项研究中，我们采用原子的计算机模拟来研究如何形成这些薄膜影响位错成核的GB。我们发现晶界结构的完全无序导致位错发射的抑制和屈服应力的显着增加。然而，根据溶质浓度和热处理，也可能发生部分无序，这有助于位错成核而不是抑制它，从而消除强化效应。
2018-02-22 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
Synergistic doping of the grain interior and grain boundary alters deformation mechanisms and enables extreme strength in nanocrystalline Ni-Cr-Y alloys
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Stony Brook University（石溪大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
通过调控晶粒和晶界化学成分，研究晶粒内和晶界掺杂协同作用对纳米晶Ni-Cr-Y合金变形机制和强度的影响，发现Y元素在晶界富集可增强晶界强化，而Cr元素在晶粒内形成固溶体增强晶格，二者协同作用使合金硬度达到11.0GPa。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Relating plasticity to dislocation properties by data analysis: scaling vs. machine learning approaches
塑性建模长期以来一直基于唯象模型，该模型基于对本构关系的特设假设，然后将其拟合到有限的数据。其他工作是基于物理机制的考虑，试图建立一个物理基础的观察到的塑性形变行为，通过识别孤立的缺陷过程（“机制”），观察实验或模拟，然后用于制定所谓的物理为基础的模型。这两种方法都不足以捕捉属于紧急集体现象领域的塑性形变的复杂性，也不足以理解现代高性能结构材料核心的多种变形途径的复杂相互作用。基于数据的方法提供了另一种途径对塑性建模的优势和局限性，我们在这里探讨一个简单的例子，即率和位错密度依赖的强化机制之间的相互作用，在面心立方金属。
2022-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Complex Strengthening Mechanisms in the NbMoTaW Multi-Principal Element Alloy
难熔多主元素合金（MPEAs）在高温下具有优异的机械性能，包括高强度重量比和断裂韧性。在这里，我们阐明了隔离，短程秩序和加强NbMoTaW MPEA通过原子模拟与高度准确的机器学习原子间的潜力之间的复杂相互作用。在单晶MPEA，我们发现大大降低了各向异性的临界解决之间的剪切应力螺旋和刃位错相比，元素金属。在多晶MPEA中，我们证明了结晶驱动的Nb偏析到晶界（GBs）和晶粒内的W富集加剧了所观察到的短程有序（SRO）。由于Nb富集而增加的GB稳定性降低了von Mises应变，导致比随机固溶体MPEA更高的强度。这些结果突出了同时调整GB组成和本体SRO以定制MPEAs的机械性能的需要。
2020-05-15 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
Incorporation of physics-based strengthening coefficients into phenomenological crystal plasticity models
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Department of Materials Engineering, KU Leuven（荷语鲁汶大学材料工程系）；Department of Computer Science, KU Leuven（荷语鲁汶大学计算机科学系）
本研究通过将基于物理的强化系数纳入现象学晶体塑性模型，提升其预测能力，为材料科学和工程提供更高效的模型参数化方法。
2025-02-08 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
Thermal super-jogs control high-temperature strength in Nb-Mo-Ta-W alloys
具有体心立方（bcc）结构的难熔多元素合金（RMEA）由于其作为高温应用的候选材料的高潜力而在过去十年中成为许多研究的对象。这些合金中的大多数在高温下显示出显著的强度，这不能用由热激活的螺旋位错运动主导的体心立方塑性的标准模型来解释。最近对Nb-Mo-Ta-W合金的研究指出刃位错对变形的作用增强，这通常归因于材料中的原子级化学波动及其在滑移期间与位错核心的相互作用。然而，虽然该模型考虑了由于合金的化学复杂性而产生的强化效应，但不足以解释其在整个热范围内的强度。在这里，我们提出了一个新的机制，捕获现有的理论增强晶格强化和热活化的组件，直接从RMEA的化学复杂性。这种成分复杂性导致独特的空位形成能量分布，其尾部延伸到负能量，导致自发的，即，刃型位错核心处无热空位形成。这些空位在位错线上松弛成原子大小的超凹凸，作为额外的钉扎点，增加了位错的激活应力。与此同时，这些超凹凸可以沿着滑动方向扩散位移，随着它们的运动释放一些额外的应力，从而抵消由于凹凸钉扎引起的硬化效应。这两个过程之间的相互作用作为温度的函数赋予额外的强度，刃位错在中高温下，在显着的一致性与实验测量Nb-Mo-Ta-W和跨一些不同的RMEA。
2022-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of twin boundaries on the strength of body-centered cubic tungsten nanowires
孪晶界（TB）被认为是位错运动的障碍，并增加金属的强度。在这里，我们报告了TB降低体心立方（BCC）钨（W）强度的异常现象。采用化学气相沉积法制备了无位错、具有（121）孪晶面的[1-11]取向W纳米线。在原位拉伸测试内的透射电子显微镜进行单晶和孪生W纳米线。孪晶W纳米线的断裂强度为13.7 GPa，比单晶W纳米线的断裂强度（16.3 GPa）低16%。结合原子分辨率表征和原子模拟揭示了TB的弱化机制。孪晶W纳米线失败的早期成核的裂纹在TB与表面的交叉点。由于W中的高Peierls势垒和层错能阻碍了位错的形核和滑移，因此位错/TB相互作用的标准强化机制在W中不起作用。这些研究结果提供了一个新的洞察TB的BCC金属的力学性能的影响。
2022-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Maximum strength and dislocation patterning in multi-principal element alloys
多主元素合金（MPEAs），通常被称为中熵或高熵合金，含有三种或三种以上的组分在高浓度下，呈现出可调的化学短程有序（SRO）。利用大规模的原子模拟，我们探讨了在模型CrCoNi合金的Hall-Petch强化和变形机制的限制，并解开化学短程有序效应。研究发现，在SRO的存在下，最大强度略有增加，最强晶粒尺寸向一个小的值漂移。此外，断层和变形转换的倾向降低，并伴随着平面滑动和应变局部化的加剧。我们揭示了显着不同的变形显微组织和位错模式，显着依赖于晶粒取向和变形过程中激活的滑移面的数量。单滑移面晶粒的形变诱导组织转变体积分数最高，双滑移面晶粒形成致密位错网络。这些结果推进的变形机制和位错图案的MPEAs的基本理解提出了一种机械策略，通过同时调整晶粒织构和局部化学秩序的机械行为。
2022-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Critical assessment of hydrogen effects on the slip transmission across grain boundaries in α-Fe
晶界通过阻碍位错运动而在晶体结构的强化机制中起着重要作用。然而，腐蚀性环境（如氢）的存在增加了沿晶断裂的敏感性。此外，还缺乏系统的研究探索氢的作用的位错晶界（DGB）的相互作用。因此，在这项工作中，氢对α-Fe中的螺位错和倾斜晶界之间的相互作用的影响<111>进行了研究。我们的模拟结果表明，DGB相互作用的结果强烈依赖于潜在的GB位错网络。此外，存在着很强的相关性之间的GB的能量和滑移传输的能量势垒。换句话说，具有较低界面能的GB表现出较高的滑移传递势垒。沿GB引入氢导致滑移传输的能垒一致地增加所有检查的GB。在氢的存在下的裂纹萌生的能量平衡的帮助下，我们的观察和以前的研究结果进行了检查。有人发现，氢的存在下，增加了存储在GB内的应变能，这可能会导致穿晶到沿晶断裂模式的转变。
2015-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Velocity-strengthening friction significantly affects interfacial dynamics, strength and dissipation
界面在自然和人造系统中非常丰富，它们的动力学仍然对基础和技术重要性提出挑战。最近广泛的多源实验数据的汇编表明，速度强化摩擦，在稳态摩擦阻力增加与滑动速度在一定范围内，是一个通用的功能，这样的接口。此外，速度强化摩擦最近已与缓慢的实验室地震和粘滑运动。在这里，我们阐明了速度加强摩擦的重要性，从理论上研究一个现实的速率和状态摩擦模型的三个变种。所有变体在小滑动速度下具有相同的对数速度削弱摩擦，但在较高速度行为方面有所不同。通过量化能量分配（如辐射和耗散），界面破裂前沿和破裂逮捕的选择，我们表明，速度强化摩擦的存在或不存在可以显着影响全球界面阻力和摩擦不稳定性（“事件幅度”）释放的总能量。此外，我们表明，不同形式的速度加强摩擦（如对数与线性）可能会导致类似的规模的事件，但有显着不同的耗散和辐射率。这是因为事件是由传播速度差异很大的界面破裂前沿介导的，其中更强的速度强化摩擦促进了更慢的破裂。这些理论结果可能对我们理解摩擦动力学有重要意义。
2014-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Strengthening and toughening mechanisms in heterostructured laminates revealed by a phase field-enhanced crystal plasticity simulation
Sichuan Province Key Laboratory of Advanced Structural Materials Mechanical Behavior and Service Safety, School of Mechanics and Aerospace Engineering, Southwest Jiaotong University（西南交通大学力学与航空航天学院）；School of Materials Science and Engineering, Southwest Jiaotong University（西南交通大学材料科学与工程学院）；Department of Engineering Mechanics, School of Aeronautics and Astronautics, Zhejiang University（浙江大学航空航天学院工程力学系）；WW8-Materials Simulation, Department of Materials Science, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学材料科学系）
本研究通过相场增强的晶体塑性模拟揭示了异质结构层合材料中强化和增韧机制，为材料设计和优化提供了理论支持。
2025-12-02 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
Computational property predictions of Ta-Nb-Hf-Zr high-entropy alloys
难熔高熵合金（R-HEAs）具有高强度和高硬度材料的性能和用途，用于环境和高温，航空航天和核辐射耐受应用，骨科应用等。TaNbHfZr R-HEA的屈服强度和延展性等机械性能取决于局部纳米结构和化学有序性。在这项研究中，我们已经计算得到的TaNbHfZr合金的各种性能，如配置熵的热力学性质的作用，在热退火系统中的纳米结构形态的演变速度，基于位错模拟的屈服强度的定量预测，位错运动的性质，通过短程聚类（SRC）和定性预测的韧脆转变行为。模拟开始于具有BCC晶格结构的初始随机固溶体合金结构的基于混合蒙特卡罗/分子动力学（MC/MD）的纳米结构演化，所述BCC晶格结构由沿着[1 1 1]、[-1 1 0]和[-1 -1 2]方向的主轴产生，适合于模拟1/2[1 1 1]刃位错。热力学性质的计算从焓的变化和构型熵的相邻键计数统计。MC/MD演化的结构模拟在1800°C下的退火处理，并且输出结构在周期性方向上被复制以制造用于位错模拟的更大的384000个原子结构。刃位错被用来获得和解释观察到的额外的强化，因为SRC的形成。最后，对包含位错的MC/MD演化结构施加超过CRSS的高剪切应力，以研究位错和晶格结构的稳定性，以解释实验观察到的TaNbHfZr R-HEA从韧性到脆性的转变行为。
2020-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhancing the bond strength in meta-crystal lattice of architected materials
由粉末床熔融金属增材制造技术生产的建筑材料提供了复杂结构层次的实现，这些结构层次模仿晶体塑性的原理，同时仍然是超轻量的，尽管存在根深蒂固的多尺度缺陷，包括由熔池中复杂的热机械瞬态引起的微观结构异质性。在这里，我们制造亚晶316 L不锈钢微晶格结构的选择性激光熔化过程中利用应变局部化机制，类似于位错滑移介导的塑性体结构。构建角度被观察到是产生缺陷的主要影响因素，并且固有空隙的存在是会破坏其作为机械超材料的结构性能的主要缺点。然而，在空间相关的位错网络和微偏析的细胞亚结构的形式的其他缺陷克服了强度-延展性的权衡，并使散装结构相比，包括传统的钢的其他工程材料。通过利用这种内在的强化机制，可以在采用冶金学的硬化原理的基础上增强（或控制）亚晶体的结合强度（即，支柱强度）以设计具有期望性质的材料。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Mechanistic origin of high retained strength in refractory BCC high entropy alloys up to 1900K
体心立方（BCC）高熵合金MoNbTaW和MoNbTaVW在高达1900 K的温度下具有优异的强度保持性。保留强度的机械起源是未知的，但对于在BCC HEA组合物的巨大空间中找到最佳合金是至关重要的。对Nb-Mo、Fe-Si和Ti-Zr-Nb合金的实验表明，刃位错的迁移率降低，从而激发了BCC合金刃位错强化的理论。与在低温下由螺旋位错运动控制的纯BCC金属和稀合金不同，BCC HEAs的强度可以由刃位错控制，并且特别是在高温下，这是由于为通过溶质的随机场的边缘滑移而产生的屏障。BCC合金中的边缘运动的无参数理论定性和定量地捕获MoNbTaW和MoNbTaVW合金的强度与温度。然后，该理论的简化分析版本能够筛选Mo-Nb-Ta-V-W族中超过600，000种成分，识别具有高保留强度和/或降低的质量密度的有希望的新成分。总的来说，该理论揭示了一种意想不到的机制，负责BCC合金的高温强度和铺平了道路，更强的高熵合金的理论指导设计。
2019-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-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
Phase stability, local chemical disorder and its effect on the mechanical properties of refractory high-entropy alloys
本文研究了等原子态TaNbHfZr和TaNbHfZrTi高熵合金的相稳定性、短程簇集（SRC）型化学有序化、其它结构现象以及对强化的影响。从头计算已经完成，以确定热力学稳定性参数。铸态结构不包含任何局部化学有序，但高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究显示其局部畸变的晶格。通过从单晶X射线衍射（XRD）和粉末中子衍射（ND）研究中细化原子位移参数（ADP）来量化在其铸态和退火状态下的平均结构的局部晶格畸变。ADP的静态分量似乎占主导地位的热ADP，这表明在HEAs的局部晶格畸变的程度很高。晶格畸变导致固溶体状强化，与混合规则相比，这使HEAs的硬度增加了2-3倍。在退火HEA中形成的SRC具有垂直于方向的平面轮廓<1 0 0>。SRCs主要是Zr和Hf的共簇。SRC具有更高的原子体积，导致局部四方晶格畸变，这在XRD数据集和HRTEM晶格图像的快速傅里叶变换（FFT）中产生弥散条纹状强度。SRC的存在局部地降低了结构的晶格势能，并对位错的运动设置了额外的能垒。这增加了硬度，导致退火HEAs中约50%的额外强化。热力学分析表明，含有SRCs的弛豫结构降低了焓和构型熵。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci
The role of β-titanium ligaments in the deformation of dual phase titanium alloys
多相钛合金是高价值工程部件的关键材料，例如航空发动机。在机械加工过程中，通过界面工程利用微观结构的复杂性，显著提高抗疲劳性、抗断裂性和强度。在这项工作中，我们探讨的作用，选择接口使用原位微机械测试与并发观察高角分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）。我们的结果得到了死后透射电子显微镜（TEM）的支持。使用微柱压缩，我们对选择的β-钛（体心立方）韧带的作用进行了深入分析，这些韧带将相邻的α-钛（六方密堆积）区域分开，并在机械变形过程中抑制位错运动和冲击强度。这些结果揭示了强化机制和那些可能导致应变局部化在疲劳和故障。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
