Elimination of oxygen sensitivity in α-titanium by substitutional alloying with Al

材料科学 钛 层错能 延展性(地球科学) 氧气 合金 离域电子 钛合金 打滑(空气动力学) 铝 极限抗拉强度 冶金 位错 复合材料 化学 热力学 蠕动 有机化学 物理
作者
Yan Chong,Ruopeng Zhang,Mohammad Shahriar Hooshmand,Shiteng Zhao,D. C. Chrzan,Mark Asta,John William Morris Jr.,Andrew M. Minor
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 6158-6158 被引量:153
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26374-w
摘要

Individually, increasing the concentration of either oxygen or aluminum has a deleterious effect on the ductility of titanium alloys. For example, extremely small amounts of interstitial oxygen can severely deteriorate the tensile ductility of titanium, particularly at cryogenic temperatures. Likewise, substitutional aluminum will decrease the ductility of titanium at low-oxygen concentrations. Here, we demonstrate that, counter-intuitively, significant additions of both Al and O substantially improves both strength and ductility, with a 6-fold increase in ductility for a Ti-6Al-0.3 O alloy as compared to a Ti-0.3 O alloy. The Al and O solutes act together to increase and sustain a high strain-hardening rate by modifying the planar slip that predominates into a delocalized, three-dimensional dislocation pattern. The mechanism can be attributed to decreasing stacking fault energy by Al, modification of the "shuffle" mechanism of oxygen-dislocation interaction by the repulsive Al-O interaction in Ti, and micro-segregation of Al and O by the same cause.

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