Temperature-driven nanoscale brittle-to-ductile transition of the C15 CaAl2 Laves phase

纳米压痕 材料科学 脆性 缩进 金属间化合物 位错 断裂韧性 可塑性 复合材料 大气温度范围 变形(气象学) Laves相 韧性 相(物质) 变形机理 冶金 微观结构 热力学 物理 有机化学 化学 合金
作者
Anwesha Kanjilal,Ali Ahmadian,Martina Freund,Pei-Ling Sun,Sandra Korte‐Kerzel,Gerhard Dehm,James P. Best
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:244: 113206-113206 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2024.113206
摘要

The influence of temperature on the deformation behaviour of the C15 CaAl2 Laves phase, a key constituent for enhancing the mechanical properties of Mg alloys up to service temperatures of 200 °C, remains largely unexplored. This study presents, for the first time, the nanoscale brittle-to-ductile transition (BDT) of this intermetallic phase through in situ testing including nanoindentation and micropillar splitting conducted at elevated temperatures. By correlating observations from these techniques, changes in deformation of CaAl2 were identified in relation to temperature. High-temperature nanoindentation quantitatively determined the BDT temperature range, and revealed that CaAl2 undergoes a BDT at ∼0.55 Tm, exhibiting an intermediate region of microplasticity. A noticeable decrease in nanoindentation hardness was observed at ∼450–500 °C, while indentation cracking was not observed above 300 °C. Results from high-temperature micropillar splitting revealed cracking and brittle pillar splitting up to 300 °C, with an increase in apparent fracture toughness from 0.9 ± 0.1 MPa·√m to 2.8 ± 0.3 MPa·√m, and subsequent crack-free plastic deformation from 400 °C. Transmission electron microscopy analysis of the deformed material from nanoindentation revealed that the BDT of CaAl2 may be attributed to enhanced dislocation plasticity with increasing temperature.
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