Achieving exceptional work-hardening capability of additively-manufactured multiphase Fe-Mn alloys via multiple deformation mechanisms

材料科学 层错能 微观结构 加工硬化 合金 马氏体 极限抗拉强度 冶金 奥氏体 硬化(计算) 无扩散变换 变形机理 铁氧体(磁铁) 复合材料 图层(电子)
作者
Peifeng Liu,Qinyuan Huang,Quan Shan,Zengbao Jiao,Qingge Wang,Yang Ma,Runhua Zhou,Ian Baker,Hong Wu
出处
期刊:International Journal of Plasticity [Elsevier BV]
卷期号:173: 103871-103871 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.ijplas.2023.103871
摘要

Laser-powder-bed-fusion (LPBF) fabricated Fe-Mn biodegradable alloys provide an attractive prospect for orthopedic applications due to their good tensile strength and high degradation rate. Nevertheless, the ε-martensite and heterogeneous microstructures produced by the LPBF processing often lead to premature failure of alloys. Herein, we report a LPBFed multiphase Fe-18Mn alloy (γ-austenite, ε-martensite, and α-ferrite) fabricated from pre-alloyed powders. After annealing at 650 °C, the alloy with a uniform microstructure displays a high 1 GPa tensile strength, a good fracture elongation of 16 %, and an extremely high work-hardening rate of 8500 MPa. The work-hardening rate is higher than that reported in most Fe-Mn steels and Fe-based high entropy alloys. The grain size of a few hundred nanometers provided the excess Gibbs free energy, resulting in an increase in the stacking fault energy (SFE) to 23.9 mJ/m2. The multiple deformation mechanisms, i.e., SFs, the martensitic transformation (γ → ε → α') and nano-deformation twins (DTs), were sequentially activated. We elucidate such unique work-hardening capability, originating from the interaction between the DTs, SFs and transformed martensite. Besides a high-density of dislocations were accumulated between parallel planar defects, the cooperative deformation of the soft and hard phases provided continuous hardening. Our findings highlight the exceptional work-hardening capability of additively-manufactured Fe-Mn alloys achieved by a multiphase material exhibiting multiple deformation mechanisms. The work also provides a straightforward approach for the development of stable-implanted Fe-based bone substitutes.

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