Surface hardening through oxygen diffusion in niobium: The defining role of stress inhomogeneity in tensile embrittlement

材料科学 脆化 极限抗拉强度 冶金 脆性 复合材料 微观结构
作者
Ashish Dhole,Anirban Patra,R. K. Gupta,Amol A. Gokhale,I. Samajdar
出处
期刊:Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing [Elsevier]
卷期号:870: 144883-144883 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.msea.2023.144883
摘要

Surface hardening, through oxygen diffusion, enforced significant tensile embrittlement of a commercial niobium (Nb) alloy (C-103). This was explored with microscopic digital image correlation and crystal plasticity finite element (CPFE) modeling. In particular, the presence of an oxygen-rich surface layer provided a gradient in hardness and elastic stiffness. These coincided with an increase in yield and tensile strength but a significant drop in ductility. The latter was reflected in the strain localization(s) and crack(s) on the hard gauge region, which ultimately led to a brittle failure. Full-field CPFE simulations were conducted on the actual microstructures. Our model, without crack and damage initiation, predicted extreme stress inhomogeneity during the tensile deformation. In brief, ∼5 times higher stress concentration was noted in the oxygen-rich hard surface grains. This appeared to be responsible for the subsequent crack initiation and embrittlement.

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