Additively manufactured hierarchical stainless steels with high strength and ductility

材料科学 微观结构 加工硬化 奥氏体 晶界 位错 晶体孪晶 延展性(地球科学) 极限抗拉强度 延伸率 结构材料 复合材料 冶金 蠕动
作者
Yinmin Wang,Thomas Voisin,Joseph T. McKeown,Jianchao Ye,Nicholas P. Calta,Zan Li,Zhi Zeng,Yin Zhang,Wen Chen,Tien T. Roehling,Ryan Ott,Melissa K. Santala,Philip J. Depond,Manyalibo J. Matthews,Alex V. Hamza,Ting Zhu
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 63-71 被引量:2192
标识
DOI:10.1038/nmat5021
摘要

Many traditional approaches for strengthening steels typically come at the expense of useful ductility, a dilemma known as strength–ductility trade-off. New metallurgical processing might offer the possibility of overcoming this. Here we report that austenitic 316L stainless steels additively manufactured via a laser powder-bed-fusion technique exhibit a combination of yield strength and tensile ductility that surpasses that of conventional 316L steels. High strength is attributed to solidification-enabled cellular structures, low-angle grain boundaries, and dislocations formed during manufacturing, while high uniform elongation correlates to a steady and progressive work-hardening mechanism regulated by a hierarchically heterogeneous microstructure, with length scales spanning nearly six orders of magnitude. In addition, solute segregation along cellular walls and low-angle grain boundaries can enhance dislocation pinning and promote twinning. This work demonstrates the potential of additive manufacturing to create alloys with unique microstructures and high performance for structural applications. 3D-printed steels with hierarchically heterogeneous microstructures demonstrate high strength and ductility.
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