Hierarchical nano-martensite-engineered a low-cost ultra-strong and ductile titanium alloy

材料科学 合金 延展性(地球科学) 微观结构 马氏体 钛合金 晶界 纳米- 冶金 硬化(计算) 等轴晶 复合材料 图层(电子) 蠕动
作者
Chongle Zhang,Xiangyun Bao,Mengyuan Hao,Wei Chen,Dongdong Zhang,Dong Wang,Jinyu Zhang,Gang Liu,Jun Sun
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 5966-5966 被引量:126
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33710-1
摘要

Due to the low thermal stability of crystallographic boundaries, the grain boundary engineering (GBE) manifests some limits to the fineness and types of microstructures achievable, while unique chemical boundary engineering (CBE) enables us to create a metallic material with an ultrafine hierarchically heterogeneous microstructure for enhancing the mechanical properties of materials. Here, using a low cost metastable Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al (wt.%) alloy as a model material, we create a high density of chemical boundaries (CBs) through the significant diffusion mismatch between Cr and Al alloying elements to architecture hierarchical nano-martensites with an average thickness of ~20 nm. For this metastable titanium alloy, the significantly enhanced yield strength originates from dense nano-martensitic interface strengthening, meanwhile the large ductility is attributed to the multi-stage strain hardening of hierarchical 3D α'/β lamellae assisted by equiaxed primary α (αp) nodules. The hierarchical nano-martensite engineering strategy confers our alloy a desired combination of strength and ductility, which can potentially be applied to many transformable alloys, and reveal a new target in microstructural design for ultrastrong-yet-ductile structural materials.
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