Novel Fe-Mo intermetallic composite synthesized via diffusional-displacive mixed-mode transformation

材料科学 金属间化合物 微观结构 铁氧体(磁铁) 奥氏体 原子探针 合金 晶界 电子探针 冶金 复合材料 化学工程 工程类
作者
Rama Srinivas Varanasi,Srikakulapu Kiranbabu,Reina Utsumi,Hiroyuki Saitoh,Ronald Schnitzer,Eiji Akiyama,Motomichi Koyama
出处
期刊:Materials Characterization [Elsevier BV]
卷期号:216: 114287-114287 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.matchar.2024.114287
摘要

Transition metal-based intermetallic materials are candidates for high-temperature structural applications. However, they are limited by their low fracture toughness at ambient temperature. Given Fe is a low-cost metal with a low environmental impact, it is necessary to design tough Fe-based intermetallic alloys. We report a novel ferrite-Fe2Mo intermetallic synthesized through arc melting and quenching of Fe0.78Mo0.22 alloy. Diffusional-displacive mixed-mode transformation of the parent ferrite phase resulted in the formation of nanocomposite microstructure. Two distinct microstructure morphologies of the product μ phase were observed: (i) allotriomorphic phase formation at the parent ferrite grain boundaries and (ii) formation of basket-weave Widmanstätten structures at the parent grain interior. Electron probe microanalysis (EPMA) revealed Mo partitioning across ∼800 nm wide Widmanstätten laths, establishing that it is a diffusional-displacive mixed-mode transformation. We performed atom probe tomography (APT) investigations to ascertain the nanoscale Mo solute partitioning. Based on the chemistry of the retained parent ferrite, the Mo partitioning temperature was estimated to be ∼865 °C. Mo partitioned Widmanstätten lath formation is clarified using a shear-assisted diffusional transformation model. APT studies further revealed that the composition of the product μ phase corresponds to stoichiometric Fe2Mo. It is an anomaly since stoichiometric Fe2Mo typically corresponds to λ C14 Laves phase. We explain the mechanism of μ phase formation with Fe2Mo stoichiometry. The nanocomposite exhibits a high hardness (HV2) of 7.54 GPa and excellent toughness (evidenced by resistance to indentation cracking).
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