A non-local model for the description of twinning in polycrystalline materials in the context of infinitesimal strains: application to a magnesium alloy
提出一种考虑形变孪生的多晶塑性非局部模型，通过谱求解器模拟AZ31镁合金，揭示基面滑移与拉伸孪生共同控制力学行为，并验证织构与内应力演化的实验一致性。
2022-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the mechanical behaviour of additively manufactured metamaterials with twinning and meta-harmonics
本研究揭示了孪晶使BCC晶格从弯曲转向拉伸主导，提升刚度与强度，并受双峰谐波微观结构启发设计元谐波晶格，通过控制孪晶界异质分布放大局部轴向应变能，使刚度进一步增强206%，释放了多孔材料潜力。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Martensitic transformation induced by cooling NiTi wire under various tensile stresses: martensite variant microstructure, textures, recoverable strains and plastic strains
该研究探究不同拉应力下冷却纳米晶NiTi丝的马氏体相变行为，明确了应力对马氏体变体结构、织构、可回复应变及塑性应变的调控规律，揭示了外应力下马氏体相变的演化机制与塑性变形来源。
2024-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-mediated and twinning-induced plasticity of CoCrFeMnNi in varying tribological loading scenarios
粗晶金属材料在摩擦学加载期间经历微观结构细化。这反过来又会导致摩擦学特性的变化，因此在设计摩擦学系统时，必须了解摩擦载荷下的变形。进行了单轨迹实验，以了解在各种摩擦学系统中的变形机制的启动。本工作的主要范围是调查法向力和摩擦力以及晶体取向的影响，在面心立方浓缩固溶体的主要变形机制。虽然很容易实现改变法向力，但通过使用与CoCrFeMnNi配对的几种配对体材料来实现改变摩擦力。亚表面变形层是通过位错滑移或孪生介导的，这取决于晶粒取向和摩擦学系统。以位错为基础的变形为主的层的特征在于晶格旋转、位错迹线的形成或亚晶粒形成。在低摩擦系数的摩擦学系统中观察到这种行为。对于以形变孪晶为主的系统，观察到三种类型的孪晶外观：与表面相互作用的小孪晶，大孪晶和具有两个活动孪晶系统的晶粒。两种不同的孪生机制进行了讨论，负责这些特性。
2021-11-12 cond-mat.mtrl-sci
The effect of Si addition on the microstructure and tensile properties of casting Al-5.0Cu-0.6Mn-1.2Fe alloys
本文研究了Si对Al-5.0Cu-0.6Mn-1.2Fe合金铸态组织和拉伸性能的影响。结果表明，Si的加入对合金的显微组织和拉伸性能有显著影响。对于常压制备的合金，Si的加入促进了汉字α-Fe相的形成，抑制了片状Al 3（FeMn）和汉字Al 6（FeMn）相的析出，提高了孔隙率，导致抗拉强度和屈服强度显著下降。对于75 MPa压力下制备的合金，Si的加入还能促进细小汉字α-Fe相和数密度较高的Al 2Cu（θ）相的形成，使合金的抗拉强度和屈服强度略有提高。在相同Si含量下，合金的强度和延伸率随着压力的增加而增加，这主要是由于孔隙的消除、晶粒细化强化和固溶强化。当Si含量为1.1%时，在75 MPa的压力下制备的合金具有最好的拉伸性能，其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为237 MPa、140 MPa和9.8%。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microstructure-dependent local strain behavior in polycrystals through in situ scanning electron microscope tensile experiments
利用激光烧蚀多晶金属（镍基高温合金Rene 88 DT）表面铂纳米颗粒的数字图像相关技术，获得了室温下原位扫描电子显微镜拉伸实验的局部应变行为。通过将此信息与EBSD的晶体学取向融合，随后的分析表明，平均最大剪切应变倾向于随着施密德因子的增加而增加。此外，最大剪切应变的极端值范围也在靠近晶界处增加，这意味着在多晶Rene 88 DT中，在刚刚超过屈服的应变下，晶界和三重结会积累塑性。原位实验阐明这种类型的微观结构-性能关系对于理解高温下多晶金属中的损伤成核可能是重要的。
2009-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nucleation of twinning dislocation loops in fcc metals
面心立方金属中的形变孪晶在其形变机制图中占有不可或缺的位置，它只在特定的材料特性、微观结构和载荷条件下才发生。然而，专门的研究很少进行，以探讨介导这一过程的孪晶位错的基本属性。在这里，我们采用原子计算和连续模拟相结合的方法来研究面心立方晶体结构金属中孪晶位错环的成核。除了传统的层-层孪晶形核模型外，本文还研究了新提出的交替剪切机制，确定了孪晶环形核的能垒和剪切应力。我们发现后一种机制的形核应力小于前一种机制。该研究还强调了临界回路尺寸和分数Burgers矢量与施加的剪切载荷的非均匀变化。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Stochastic 3D microstructure modeling of twinned polycrystals for investigating the mechanical behavior of $γ$-TiAl intermetallics
本文提出含相邻孪晶和内含孪晶的γ-TiAl多晶随机三维微观结构模型，结合傅里叶全场计算揭示孪晶对弹性响应的软化作用远大于形貌差异，并验证了双尺度均匀化估计。
2024-02-28 cond-mat.mtrl-sci
The high temperature mechanical properties and the correlated microstructure/texture evolutions of a TWIP high entropy alloy
本文研究了一种高熵钛合金在不同温度下的显微组织和织构演变。为此，拉伸试验进行的温度范围从298至873 K下的应变速率为0.001 s-1。实验材料表现出非凡的室温加工硬化行为，无论是瞬时应变硬化指数和加工硬化速率值。这导致了可接受的极限拉伸强度/延展性平衡，并且考虑到孪生和平面滑移的高活性是合理的。这样的加工硬化能力恶化，在较高的温度下，由于增加位错湮灭率和堆垛层错能值，抑制孪晶形成和位错积累。然而，与其他单相高熵合金相比，加工硬化区的幅度和范围的减少是微不足道的。这是由于该合金在不同变形温度下具有较高的位错储存能力。在773和873 K下观察到锯齿状流动，这是由于动态应变时效（DSA）机制。有趣的是，在这种情况下，DSA机制对整体延性具有有益的影响，这归因于应变硬化指数的增加导致颈缩的延迟。织构检验还揭示了由于孪晶和八面体滑移的同时贡献而形成的双纤维织构。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, tensile behavior and cyclic bendability of directly extruded biodegradable Zn, Zn-Mg and Zn-Mg-Sr wires
Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）；FZU - Institute of Physics of Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mechanical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学机械工程学院）；University of Chemistry and Technology（化学技术大学）
本研究通过直接挤压制备了纯锌及Zn-Mg、Zn-Mg-Sr细线，发现合金化显著细化晶粒并提升强度，但所有线材循环弯曲性能差，归因于孪晶-去孪晶机制，阻碍了弯曲关键型生物医学应用。
2026-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Effect of alloying and microstructure on formability of advanced high-strength steels processed via quenching and partitioning
研究了淬火配分（Q&P）工艺中合金化和显微组织对先进高强度钢（AHSS）成形性能的影响。对三种不同合金元素组合和残余奥氏体体积分数的Q&P钢进行了单轴拉伸和Nakajima试验。拉伸力学性能的测定，并绘制成形极限图（FLD）。对试样的显微组织进行了分析，发现残余奥氏体含量明显减少。它表明，所有的钢都能够积累更高的量的塑性应变时，使用Nakajima方法测试。所观察到的现象是有关的多轴应力状态和应变梯度通过板厚度导致残留奥氏体的快速转变，以及回火马氏体基体的能力，积累塑性应变。令人惊讶的是，具有最高残留奥氏体体积分数和最高拉伸延展性的Q&P钢在所研究的等级中显示出最低的可成形性。后一种观察结果与促进微裂纹形成的初始新鲜马氏体和应力/应变诱发马氏体的分数的最高总和有关。讨论了回火马氏体基体在Q&P钢成形过程中积累塑性形变的作用和能力。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and mechanical properties of Al-Cu alloy with 0.6%Fe produced with ultrasonic vibration and applied pressure
研究了超声振动（UT）和外加压力（P）对Al-5.0Cu-0.6Mn-0.6Fe合金显微组织和力学性能的综合影响。经P+UT工艺处理后，其最佳拉伸性能为：UTS：268 MPa，YS：192 MPa，E.L.：17.1%，比未处理的合金分别提高了64%、59%和307%。
2018-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Parent grain reconstruction from partially or fully transformed microstructures in MTEX
一个通用的通用框架，从完全或部分转化的子微观结构的母颗粒重建被集成到开源晶体学工具箱MTEX。该框架将传统的母晶重构、相变和变体分析扩展到所有的母子晶对称组合。普遍适用的母体颗粒重建方法的固有多功能性以及进行深入变异分析的能力通过示例工作流程展示，这些示例工作流程可以由用户以编程方式修改以适应其特定应用。这通过三种应用突出显示，即板条马氏体钢中的$α$ -至- $γ$重构、Ti合金中的$α$ -至- $β$重构、以及孪生和相变诱导塑性钢中从$α$ -至-$\varepsilon$ -至-$γ$的两步重构.高级方向关系发现和分析选项，包括变体分析，通过附加函数库ORTools演示。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying structure-property relationships during resistance spot welding of an aluminum 6061-T6 joint
采用力学性能测试和金相显微技术研究了6061-T6铝合金电阻点焊搭接接头组织与性能的关系。准静态拉伸和新型剪切冲头测试，以测量不同的焊接区域的机械性能。准静态拉伸和剪切冲压试验表明，随着焊接中心的接近，强度和延展性不断降低。例如，熔合区的极限抗拉强度从母体材料（341 MPa至162 MPa）降低约52%，而屈服强度降低约62%（312 MPa至120 MPa）。用扫描电子显微镜和光学显微镜分析了工艺诱导的微观结构，以阐明机械性能降低的根本原因。断口分析表明，与熔合区的空隙成核相比，颗粒的空隙生长是母体材料中的主要损伤机制。总的来说，整个焊缝机械性能的显著变化是与T6条件（沉淀物粗化）损失一致的微观结构变化的结果。
2016-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Delineating the interplay effects of microstructure topology and residual stresses in ultrafast laser irradiated thin films
Forschungszentrum Juelich（于利希研究中心）；RWTH Aachen University, Faculty of Georesources and Materials Engineering（亚琛工业大学资源与材料工程学院）
本研究通过混合两温度模型-分子动力学模拟，探讨了超快激光照射下金薄层中微结构拓扑、残余应力等因素的复杂相互作用，揭示了微结构配置、拓扑、晶粒尺寸和晶体学取向对激光-金属相互作用的层次影响。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of nanodiamond reinforced silver matrix nanocomposites: microstructure and mechanical properties
以纯银和纳米金刚石粉末为原料，采用球磨和高压扭转两种剧烈塑性形变方法制备了不同纳米金刚石含量的纳米金刚石增强银基纳米复合材料。改变球磨参数以改善纳米金刚石在粉末共混物中的分布。已经开发了结合两种工艺的优化处理路线，以实现小纳米金刚石颗粒在纳米晶银基质中的均匀分散。这些纳米复合材料的微观结构，其特征在于通过扫描和透射电子显微镜。通过显微硬度测量和拉伸试验对材料的力学性能进行表征。增加纳米金刚石的量（分别高达5重量%和15体积%）可以将显微硬度提高高达70%，并且将拉伸强度提高高达HPT变形纯银中所实现的值的60%。显微硬度和抗拉强度比微晶纯银高5倍左右。
2020-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab-initio tensile tests applied to BCC refractory alloys
本文采用 ab-initio 拉伸变形模拟研究多种 Nb/Mo 基二元及四元 BCC 难熔合金，揭示峰值应力与价电子数的关系，并比较其与 Pugh 比等延性指标的关联。
2023-12-05 cond-mat.mtrl-sci
In situ TEM study of twin boundary migration in sub-micron Be fibers
六方晶体中的形变孪晶常被认为是弥补独立滑移系缺陷的一种方法。这种机制可能会加剧或关闭在小规模的晶体，其机械行为可以显着偏离散装材料。在这里，我们表明，亚微米铍纤维最初没有位错和拉伸测试原位在透射电子显微镜（TEM）变形的$\{ 10\bar{1}2 \}$ $\langle 10\bar{1}1 \rangle$双增厚。孪晶界的传播速度似乎完全由孪晶位错直接从表面成核所控制。产生的剪切与孪晶位错的重复横向运动相一致。我们表明，激活体积（$V$）与孪晶边界传播可以检索从测量的孪晶边界速度的应力降低，在一个经典的松弛力学测试。$V \approx 8.3 \pm 3.3 \times 10^{-29}m^3$的值与表面成核的预期值相当。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci
On the relation between microstructure and impact toughness of 17-4__PH stainless steel produced by powder bed fusion laser beam (PBF-LB)
本研究探讨了PBF-LB制备17-4 PH不锈钢的微观结构与冲击韧性关系，揭示了强度与韧性之间的权衡及微观结构对机械性能的影响。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Deformation twins as a probe for tribologically induced stress states
本研究利用单晶CoCrFeMnNi的变形孪晶作为探针，实验揭示了摩擦接触中的复杂应力场及其晶粒取向依赖性，为验证摩擦应力场模型提供了理想方法。
2023-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the crack-tip microstructure: A novel approach
这项研究展示了一种在局部范围内创新性地修改铁素体显微组织的方法，特别是在易发生故障的区域，如夏比V形缺口（CVN）根部。在将样品在650°C下退火（An）15分钟之前，采用高达6%和12%的拉伸预应变（PS）。铁素体晶粒尺寸急剧增加，并逐渐（沿缺口根部前方的距离）在6- 12%的预应变和退火样品的微观结构改性区域内，分别。发现促进应变诱导晶界迁移（SIBM）的临界应变为0.1，这导致异常粗的铁素体晶粒。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Dilute Zn alloying in biodegradable Mg wires: microstructure, mechanical performance, and degradation behavior
Department of Materials, Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学核科学与物理工程学院材料系）；FZU - Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院FZU物理研究所）；Department of Plastic Surgery, Kralovske Vinohrady University Hospital and Third Faculty of Medicine, Charles University（查理大学第三医学院克拉洛夫维诺赫拉迪大学医院整形外科）
研究稀释锌含量对镁合金丝微结构、机械性能和降解行为的影响，发现锌含量对晶粒尺寸和力学性能影响有限，但低锌合金表现出明显的屈服点。
2026-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Harmonizing Microstructures and Enhancing Mechanical Resilience: Novel Powder Metallurgy Approach for Zn-Mg Alloys
本研究提出融合机械合金化、放电等离子烧结与热挤压的粉末冶金路线，在Zn-Mg合金中构建软芯-三维超细晶硬壳结构，消除氧化物壳后使抗拉强度达333 MPa。
2024-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties and corrosion of friction stir welded 6061 Aluminum Alloy
研究了AA 6061铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能和腐蚀行为。观察到动态再结晶组织，且熔核区（NZ）、热机械影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）和母材（BM）的晶粒尺寸不同。硬度测试表明，HAZ和BM的硬度值分别达到最小值和最大值。拉伸结果表明，断裂发生在TMAZ和HAZ之间相对薄弱的区域。极化曲线测试表明，搅拌摩擦焊提高了AA 6061-AA 6061的耐蚀性，热影响区的耐蚀性优于其它区域。拉曼光谱分析表明，浸泡实验后铝表面腐蚀产物主要为氢氧化铝。扫描电子显微镜观察到在新西兰和下行晶间攻击。
2015-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous complexions alter the tensile failure of nanocrystalline Cu-Zr alloys
已知基于晶界的机制控制纳米晶金属的塑性形变和失效，其中对晶界结构的操纵是用于调整这种响应的有希望的途径。在这项研究中，界面结构无序的纳米晶Cu-Zr合金的塑性和破坏的作用进行了研究，在原位扫描电子显微镜拉伸变形实验。创建两种模型材料，一种仅具有典型的有序晶界，另一种具有散布到边界网络中的非晶间膜，而微观结构在其他方面是相同的。因此，肤色类型的重要性，塑性和失败是孤立的，只有不同的肤色结构。拉伸实验表明，含有非晶薄膜的样品的故障是显着延迟，证明了增加的横截面积减少，减少剪切为主的故障的发生，减少应变局部化，和断裂表面更细长的凹坑功能。总的来说，这项研究提供了直接的证据表明，晶界处的结构无序可以有利于提高纳米晶金属的延展性。
2021-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation and growth of hierarchical martensite in epitaxial shape memory films
记忆合金在马氏体状态下通常表现出复杂的分级形态。为了了解这种双内双晶微结构的形成，我们研究了外延Ni-Mn-Ga薄膜作为模型系统。原位扫描电子显微镜实验显示美丽的复杂的孪晶图案与一些不同的介观孪晶边界和宏观孪晶边界之间已经孪晶区域。我们解释这些图案的外观和几何形状，通过构建一个内部孪生马氏体核，它可以采取的形状的钻石或钻石，在马氏体的基本唯象理论。这些核已经包含了不同的可能的介观孪晶边界的种子。这些核的形核和生长决定了分层空间填充马氏体显微组织的产生。这与以前解释分级马氏体微观结构的方法相反。这种新的图片的创建和各向异性，良好的取向生长的孪晶马氏体核解释了我们的实验观察到的孪晶内孪晶微观结构的微观和宏观尺度上的形态和精确的几何特征。
2017-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Topology and Magnetic Microstructure of Highly Mobile Type I and Supermobile Type II Twin Boundaries in 10M Ni-Mn-Ga Single Crystal
本研究利用透射电子显微镜表征10M Ni-Mn-Ga单晶中两类高迁移率孪晶界的原子与磁结构，证实II型孪晶界原子级锐利而非弥散，且两类界面处均形成类90°磁畴壁。
2025-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanisms of twin-twin interactions in Cu nanopillars
孪晶是金属纳米柱塑性形变的一种重要方式。当孪生发生在多个系统上时，可能属于不同孪生系统的孪生子相互作用并形成复杂的孪生-孪生结。揭示孪晶间相互作用如何导致不同孪晶结的原子机制对于我们理解材料的力学行为至关重要。在本文中，我们报告的原子机制，负责形成两个不同的双胞胎的相互作用/结在铜纳米柱使用原子模拟。一个结包含两个孪晶边界以及一个$Σ$ 9边界，而另一个包含五个孪晶边界（五重孪晶）。在[100]和$[1\bar1 0]$ Cu纳米柱的拉伸变形过程中分别观察到这些结。
2020-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Building hierarchical martensite
马氏体材料显示出复杂的、分级的微观结构，其包含由各种类型的孪晶界分隔的结构域。存在几个概念来描述每个长度尺度上的这种微结构，然而，没有综合的方法将整个范围从纳米尺度到宏观尺度桥接起来。在这里，我们描述了镍锰基Heusler合金如何从头开始构建这种分层微观结构，只有一个关键参数：在原子水平上的基本构建块的tetraphenic失真。基于这个初始块，我们引入了五个连续层次的嵌套构建块。在每一层，一个更大的积木是通过孪生前一个形成的，以最大限度地减少相关的能量贡献。这自然解释了不同类型的孪晶界的出现。我们比较这种规模桥接方法的嵌套积木与实验中的真实和互惠空间。我们的方法嵌套积木是通用的，因为它可以应用到广泛的功能材料表现出无扩散转换。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Stress transmission in wet granular materials
利用三维分子动力学模拟分析了摇摆状态下湿颗粒介质中的应力传递。我们表明，毛细管债券的拉伸作用诱导自应力粒子网络组织在两个相互作用的“阶段”的积极和消极的粒子压力。微观结构和键合力网络的各种统计描述符被用来表征这种分区。出现两个基本属性：1）最高的颗粒压力位于每个相的主体中; 2）最低的压力水平发生在两相之间的界面处，还涉及通过拉伸和压缩键的颗粒的最大连接性。当施加围压时，拉伸键的数量减少，负相断裂成聚集体和孤立的位点。
2007-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and mechanical behavior of Fe-Mn-Al-C low-density steel upon aging
本研究探究Fe-28Mn-9Al-1C低密度钢不同时效条件下的微观组织演变，揭示k-碳化物的形核生长规律，确定550℃时效8小时为最优工艺，实现了高强度与高塑性的良好匹配。
2023-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Size-Dependent Tensile Behavior of Nanocrystalline HfNbTaTiZr High-Entropy Alloy: Roles of Solid-Solution and Short-Range Order
本研究通过机器学习加速的分子动力学模拟，揭示了HfNbTaTiZr难熔高熵合金中随机固溶体与化学短程有序对尺寸依赖性拉伸行为及塑性机制的差异化影响，并建立理论模型预测临界晶粒尺寸，为合金纳米结构工程优化提供新见解。
2025-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Deformation behaviour of body centered cubic iron nanopillars containing coherent twin boundaries
采用分子动力学模拟研究了孪晶界对体心立方铁纳米柱形变行为的影响。垂直于加载方向引入了从1到5个不等的孪晶界，提供8.5 - 2.8 nm范围内的孪晶界间距。模拟结果表明，体心立方铁中孪晶界在拉伸和压缩变形过程中起着不同的作用。在拉伸变形过程中，观察到一个大的降低屈服应力相比，完美的纳米柱在孪生纳米柱。然而，屈服应力仅表现出边际变化相对于孪晶界间距。相反，在压缩变形过程中，屈服应力随着孪晶界间距的增加而降低。这种对比行为源于屈服和随后的塑性形变过程中的操作机制的差异。已经观察到，拉伸载荷下的变形主要由孪晶生长机制主导，由于孪晶界提供了一个可以忽略不计的阻力，孪晶部分的滑移。这反映在屈服应力作为孪晶界间距的函数的变化可以忽略不计。另一方面，在压缩载荷下，变形主要是由全位错的形核和滑移。孪晶界提供了一个强大的排斥力，导致在屈服应力依赖于孪晶界间距的全位错。此外，已经观察到弯曲的孪晶界可以作为全位错的源。对拉伸变形过程中孪晶间相互作用和压缩变形过程中位错与孪晶间相互作用的发生进行了讨论。
2016-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning enabled surrogate crystal plasticity model for spatially resolved 3D orientation evolution under uniaxial tension
提出了一种新的基于机器学习的代理建模方法，用于预测多晶材料在单轴拉伸载荷下的空间分辨三维微观结构演化。我们的方法比现有的晶体塑性方法快几个数量级，从而能够模拟大体积，否则计算上是禁止的。这项工作是超越现有的基于ML的建模结果的重要一步，现有的基于ML的建模结果仅限于2D结构或仅提供平均而不是局部的预测。我们证明了我们的代理模型方法的速度和准确性的实验测量的微观结构从高能X射线衍射显微镜的面心立方铜样品，进行拉伸变形。
2020-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Design of a High Strength, High Ductility 12 wt% Mn Medium Manganese Steel With Hierarchical Deformation Behaviour
研制了一种新型中锰钢，其成分为Fe-12 Mn-4.8Al-2Si-0.32C-0.3V，屈服强度为1.09GPa，抗拉强度为1.26GPa，延伸率为54%。热机械工艺路线被设计成工业上可转化的，并且包括在30分钟的亚温退火之前的热轧制和然后的温轧制。所得的显微组织由在乳制方向上被细奥氏体和铁素体晶粒的项链层包围的粗伸长的奥氏体晶粒组成。用中子衍射和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了复合材料的拉伸行为。结果表明，粗奥氏体晶粒通过转变为马氏体而参与应变硬化的第一阶段，细奥氏体项链状晶粒通过孪晶和相变诱发塑性（TRIP）机制的混合参与应变硬化的第二阶段。这种分级变形行为有助于这种钢的特殊延展性。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and Stress Mapping in 3D at Industrially Relevant Degrees of Plastic Deformation
本文利用X射线三维成像技术对变形至极限抗拉强度的铝多晶进行应力成像，揭示了晶粒内应力变化可达晶粒间变化一半，为结构-性能关系和损伤模型提供了关键数据。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Automated Identification and Tracking of Deformation Twin Structures in Molecular Dynamics Simulations
本文提出一种集成于OVITO的新型计算工具，可自动识别、验证并追踪分子动力学模拟中的形变孪晶结构，通过铜单晶剪切实验验证其有效性，为计算材料科学提供深刻见解。
2023-11-06 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
Applied Machine Learning to Predict Stress Hotspots I: Face Centered Cubic Materials
我们通过整合基于全场晶体塑性的变形模型和机器学习技术来研究单轴拉伸变形下多晶材料中应力热点的形成，以获得有关微观结构特性的数据驱动见解。合成的3D微观结构被创建为代表普通铜合金的单相等轴微观结构。采用基于图像的快速傅里叶变换（FFT）技术，结合率敏感晶体塑性模型，对单轴拉伸变形进行了三维全场模拟，得到了局部微观力学场（应力和应变率）。应力热点被定义为具有高于应力分布的第90百分位的应力值的晶粒。然后，使用反映局部结晶学、几何学和连通性的度量来表征热点邻域。该数据用于创建输入特征向量，以训练随机森林学习算法，该算法预测将成为应力热点的晶粒。我们能够实现0.74的接收操作特性曲线（ROC AUC）下的面积为面心立方材料建模通用铜合金。结果显示了机器学习方法应用于多晶晶粒网络的能力和局限性。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Casting voids in nickel superalloy and the mechanical behaviour under room temperature tensile deformation
利用X射线计算机断层成像（XCT）和扫描电镜（SEM）对第二代镍基高温合金的显微组织进行了研究。铸态材料含有0.15（± 0.001）体积%的空隙，这些空隙分布在枝晶间区域。在拉伸变形后，空隙的体积分数增加到0.21（± 0.001）体积%。表面观察表明，从空洞表面的位错发射的证据，一种机制可能有助于扩大的空隙，并有助于增加空隙体积分数。现象学参数，如应力三轴度，往往被认为是控制空洞的增长，通过晶体塑性模拟和文献报道的数据进行了研究。结果表明，应力三轴度和空洞增长之间的弱相关性，但这可能是由于缺乏数据在更高水平的塑性形变，这是有限的材料的延展性。试样内部应力场的分布是不均匀的，应力场的峰值是缺口直径与试样宽度之比的函数。较小的缺口直径与样品宽度比倾向于将三轴度峰值分布在样品的中心，但也会导致较高的应变局部化，这种效应会导致样品早期失效。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Micro-cracking, microstructure and mechanical properties of Hastelloy-X alloy printed by laser powder bed fusion: as-built, annealed and hot-isostatic pressed
本研究分析了文献数据，以确定优化的打印参数，并评估了激光粉末床融合打印的Hastelloy-X的固结、微观结构和机械性能。研究了后退火和热等静压工艺对合金显微组织和力学性能的影响。通过热力学相图的计算，预测了该合金的凝固裂纹敏感性和铸态组织，如析出和化学偏析。对于竣工、退火和HIP条件，量化了整个构建中的固化裂纹分布。评估揭示了裂纹密度朝向固体构建的底部、顶部和自由表面的变化。这种分布的裂纹被发现与热梯度和热导率，这是估计由分析热计算。虽然退火和HIP都可以由于恢复和再结晶而改变印刷的微观结构，但是微裂纹和孔隙仅通过HIP成功地去除。除了HIP中的去除、再结晶和沉淀（比退火中更强）之外，还导致最佳的机械性能，包括伸长率从13%大幅增加到20%，极限拉伸应力从965 MPa显著改善到1045 MPa，并且由于沉淀而具有适度高的屈服应力。
2020-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Achieving highly strengthened Al-Cu-Mg alloy by grain refinement and grain boundary segregation
采用高压扭转工艺对时效硬化Al-Cu-Mg合金（A2024）进行了超细晶组织的制备。合金进一步时效以获得额外的强化。然后拉伸强度达到高达约1 GPa的值。用透射电子显微镜和原子探针层析成像分析了其微观结构。从固溶强化、簇状强化、加工强化、弥散强化和晶界强化等方面阐明了高强度的形成机理。结果表明，溶质原子在晶界（包括亚晶界）的偏聚对合金抗拉强度的提高起着重要作用。
2020-07-16 cond-mat.mtrl-sci
A link between microstructure evolution and macroscopic response in elasto-plasticity: formulation and numerical approximation of the higher-dimensional Continuum Dislocation Dynamics theory
微塑性理论和模型适用于解释和预测长度尺度上器件的机械响应，其中塑性形变的载体-位错-的影响不能被忽略或完全平均。为了在不解决每个单个位错的情况下考虑这些效应，已经开发了各种各样的连续描述，其中包括Hochrainer等人的高维连续位错动力学（hdCDD）理论（Phil. Mag. 87，pp. 1261-1282）采用不同的统计方法，并且包含通常仅包含在离散位错模型中的信息。我们提出了一个简洁的配方HDCDD在一般单晶塑性上下文中连同一个不连续的Galerkin计划的数值实施，我们评估的数值例子：拉伸和剪切载荷下的薄膜。我们研究了不同的实际边界条件的影响，并表明位错通量和它们的线的曲率是小尺度塑性的关键特征。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Processing Parameters on the Mechanical Properties of HPT-Deformed Nickel Carbon Nanotube Composites
具有不同量的碳纳米管的镍碳纳米管复合材料在不同的变形温度下通过高压扭转变形至高应变，其中没有观察到镍基体微观结构的进一步细化。随着HPT变形温度的升高，镍的平均晶粒尺寸增大，而碳纳米管团聚体的尺寸显著减小。此外，团聚体在金属基质中的分布变得更加均匀。为了研究HPT变形复合材料的力学性能，进行了单轴拉伸和压缩试验。根据HPT变形温度和所得的显微组织，发生脆性或韧性断裂。增加的HPT变形温度引起机械性能的各向异性的降低，主要由碳纳米管团聚体的收缩引起。结果表明，调整HPT变形温度是优化组织和力学性能的关键。
2020-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Mischmetal Composition and Cooling Rates on the Microstructure and Mechanical Properties of Al-(Ce, La, Nd) Eutectic Alloys
Northwestern University（西北大学）
研究通过替换Ce为MM，探讨了Al-MM合金显微结构和力学性能的影响，发现Al-9MM具有优异的粗化抗性和环境效益，表现出良好的应用前景。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Accelerated Corrosion of High Entropy Alloys under Tensile Stress
高熵合金由于其奇异的微观结构和由此产生的特殊性能而引起了重大的科学兴趣。这些合金具有优异的耐腐蚀性，可以在生物植入物、航空航天部件和核工业中找到广泛的应用。决定合金应用价值的关键性能指标是在腐蚀环境中受应力结构构件的弹性。本研究报告的结果，从一个新的实验装置，以量化单轴拉伸应力下的单相面心立方Al0.1CoCrFeNi高熵合金棒的腐蚀速率。在600 MPa的均匀单轴应力作用下，腐蚀电流密度增加了3个数量级，腐蚀电位下降了约150 mV。加速腐蚀的机理是表面钝化层的破坏、未钝化表面的点蚀和点蚀沿加载方向的快速扩展。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Competing damage mechanisms in a two-phase microstructure: how microstructure and loading conditions determine the onset of fracture
本文研究了两相材料微观结构中韧性软相和相对脆硬相的断裂竞争。一个简单的微观结构模型被用来预测宏观断裂起始。该模型的简单性确保了高效的计算，使全面的研究：大范围的硬相体积分数和屈服应力比，广泛的应用应力状态。这些参数的每个组合使用一个大的（随机）微观结构进行分析。据观察，只有一个阶段占主导地位的宏观断裂起始：在低应力三轴度的软相是占主导地位的，但以上的临界三轴度的硬相接管导致在一个强烈的下降的延展性。这种转变强烈依赖于微观结构参数。如果硬相体积分数小，则即使在高相衬下，断裂起始也由软相主导。在较高的硬相体积分数下，硬相已经在低相衬下占主导地位。因此，这个简单的模型调和了文献中特定参数组合的实验观察结果，这些参数组合可能在过去引发了相互矛盾的陈述。微观分析表明，两种失效机制的裂纹萌生点附近的平均相分布几乎相同。沿着拉伸方向，发现硬相区域直接靠近断裂起始位点。这种硬相的“带”被与剪切对齐的软相的“带”穿过断裂起始部位。显然，无论断裂起始于软相还是硬相，局部机械不相容性对于断裂的起始是占主导地位的。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale investigation of the irradiation-resistant effect of symmetric tilt grain boundaries of Fe-Ni-Cr alloy
本文采用分子动力学模拟对具有不同晶界的燃料包壳或压力容器用Fe-20 Ni-25 Cr合金进行了模拟研究。研究了由113（111）、113（112）、119（114）、111（113）、119（116）和117（223）型GB组成的双晶材料的辐照缺陷、应力作用下的辐照微结构演化和辐照力学性能与辐照强度、重合点晶格参数、倾斜角和GB厚度之间的相互作用。结果表明，辐照后的空位和杂质通过竞争性的GB吸收和复合而湮灭。在15 keV入射能量下，除Al_2O_3（111）和Al_2O_3（113）外，大多数双晶都出现了偏置吸收，导致晶粒内部存在大量的残余空位团簇。此外，不同的GB表现出不同的辐照缺陷吸收能力，并且残留空位数与GB厚度成反比，其中窄GB厚度的B13（111）和B11（113）GB的缺陷吸收能力较弱，而其它GB的缺陷吸收能力较强。此外，垂直于GB的单轴拉伸模拟表明，所有的双晶体的机械性能恶化后，辐照，这源于辐照缺陷团促进位错传播。特别是，无论是否施加辐照，最大拉伸应变，韧性和杨氏模量与GB倾斜角单调相关，而极限拉伸强度对于较大的GB CSL参数是稳定的。最后，根据辐照缺陷、显微组织和力学性能的演变规律，提出了合理设计抗辐照Fe-Ni-Cr合金的指导思想。
2021-02-13 cond-mat.mtrl-sci
An artificial neural network for surrogate modeling of stress fields in viscoplastic polycrystalline materials
本工作的目的是开发一个人工神经网络（ANN）的替代建模的粘塑性晶粒微观结构的机械响应。为此，训练基于U-Net的卷积神经网络（CNN）来解释材料行为的历史依赖性。训练数据采用准静态拉伸载荷下von Mises应力场的数值模拟结果的形式。训练的CNN（tCNN）可以准确地再现平均响应以及局部冯米塞斯应力场。tCNN计算未包含在训练数据集中的晶粒微观结构的von Mises应力场，比基于相应初始边界值问题的谱求解器的数值解的计算快约500倍。tCNN还成功地应用于其他类型的微结构形态（例如，矩阵包含类型拓扑）和不包含在训练数据集中的负载水平。
2022-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Modulated Martensite: Why it forms and why it deforms easily
无扩散相变是（磁性）记忆合金、铁电体和多铁性材料的多功能性的核心。在低对称调制马氏体相中获得了外场下的巨应变效应。我们概述了调制相的起源，它们与四元马氏体的连接和后果，其功能特性通过分析从原子到宏观尺度的外延Ni-Mn-Ga薄膜的马氏体显微结构。马氏体-马氏体相界的几何约束作用到原子尺度。因此，可以形成纳米孪晶四元马氏体的马氏体显微结构。孪晶变体的粗化可以降低孪晶边界能量，这是一个我们可以从原子到毫米尺度跟踪的过程。粗化是一个分形过程，通过加倍孪晶周期以离散的步骤进行。集体缺陷能量导致显著的滞后，这允许在室温下保留调制马氏体作为亚稳相。在这种亚稳态下，弹性能通过形成“双胞胎中的双胞胎”微观结构而释放，这种微观结构可以从纳米到毫米尺度观察到。这种分级孪晶导致扩散的介观孪晶边界，与常见的四方马氏体的原子级尖锐孪晶边界形成对比。我们认为，观察到非常高的流动性，这种介观孪晶界源于其扩散性质，使钉扎原子点缺陷无效。
2011-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and correlated mechanical properties study of Ni-(Fe, Co)-Mn-(Al, In) as-spun ribbons
Ni-Mn基记忆合金作为一种很有前途的弹性热材料，已有大量的文献报道，尤其是大量的体样品研究。初生薄带具有更大的表面积和更有效的传热，很少被研究，因此具有重要意义。在本工作中，我们成功地生产了很长的Ni-Fe-Mn-（Al，In）快淬带，长度约为300毫米。通过扫描电子显微镜/电子背散射衍射（SEM/EBSD）、纳米压痕和三点弯曲实验，研究了这些薄带的微观结构和力学性能。通过SEM/EBSD分析，研究了快淬薄带的显微组织和织构。由于快速凝固过程中的温度梯度，沿薄带厚度方向（TD）存在组织梯度，导致在快淬过程中沿与旋转轮接触的表面形成细小的等轴晶，而在快淬过程中，沿旋转轮接触的表面形成细长晶粒。等轴晶和细长晶均具有较强的{001}纤维织构（<001>//TD）。纳米压痕分析表明，两种不同的显微组织之间的硬度变化不大。Ni-Fe-Mn-Al和Ni-Fe-Mn-In薄带的塑性指数均在金属间化合物范围内。用Al取代In可以使延展性指数略有增加，可达到0.75。在三点弯曲试验中，细小等轴晶的抗拉性能优于细长晶。用Al替代In使最大弯曲应变提高了3倍。Ni-Fe-Mn-Al快淬薄带断裂前的最大应变可达3%。断口形貌分析表明，沿晶断裂是这些快淬薄带的主要损伤机制。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Constitutive modeling of the tension-compression behavior of gradient structured materials
通过剧烈塑性形变技术加工的梯度结构（GS）金属可以被设计成同时实现高强度和高延展性。显著的随动硬化是其优异的应变硬化能力的关键，这导致了良好的强度-延性组合。不幸的是，没有建立本构模型来模拟和分析GS金属的特征随动硬化行为，以了解它们的微观结构和宏观响应之间的关系。在这项工作中，我们开发了一个基于变形机制的应变梯度塑性模型，考虑到从晶粒到样品尺度的塑性不均匀性。建立了一个考虑位错堆积对晶粒尺寸依赖性的背应力模型，用于描述GS材料的循环变形特性。所建立的模型统一的几何必要的位错容纳内部塑性不均匀性，所产生的背应力和可逆的位错在反向加载到一个应变梯度塑性框架，而不引入过多的独立的材料参数。该模型的有限元实现定量预测的单轴拉伸和拉伸-压缩响应的GS铜棒，以及具有均匀的晶粒尺寸的参考样品。研究发现，GS铜表现出增强的随动硬化，这主要是由于GS层中的细晶粒，并有助于GS材料的相当大的延展性。该模型允许调查的机械响应和优化性能的材料与各种类型的空间异质晶粒微观结构。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Fracture initiation in multi-phase materials: a systematic three-dimensional approach using a FFT-based solver
本文研究了一种两相材料，其显微组织由硬脆增强相嵌入软韧性基体中组成。它解决了微观结构和宏观变形的全三维性质。使用大量的周期性微结构，从而使用等尺寸的立方体对两相的单个晶粒进行建模。采用了一种基于快速傅立叶变换的特殊求解策略，该策略在速度和内存占用方面都具有很高的计算效率，从而能够进行统计上有意义的分析。这种求解方法自然伴随着规则的微观结构模型，因为快速傅立叶变换依赖于规则的网格。使用许多被认为是微观结构作为一个整体，断裂起始点周围的相的平均排列是客观地确定的微观结构和断裂起始之间的相关性-在三维。结果表明，断裂起始于硬相区域被与最大剪切方向对齐的软相带中断的地方。在这样的区域中，硬相被布置成使得垂直于主应变方向的相边界的面积最大，从而导致高静水拉伸应力，同时不中断在软相中形成的剪切带。剪切带周围存在的局部不相容性是高塑性应变的原因。通过将响应与二维微观结构进行比较，观察到响应在性质上相似（宏观和微观）。一个重要的区别是，两个阶段之间的局部应变分配是过度预测的二维微观结构，导致损伤的高估。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
