Mechanism of solute hardening and dislocation debris-mediated ductilization in Nb-Si alloy

合金 位错 材料科学 机制(生物学) 硬化(计算) 碎片 冶金 结晶学 复合材料 化学 地质学 物理 海洋学 图层(电子) 量子力学
作者
Bo-Qing Li,Irene J. Beyerlein,Shuhei Shinzato,Shigenobu Ogata,Wei‐Zhong Han
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:203: 167-179 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2024.03.052
摘要

Niobium (Nb) is sensitive to even minute quantities of silicon (Si) solutes, which are known to induce pronounced hardening. However, the underlying mechanism for hardening remains elusive since the effect of Si solutes on dislocation behavior is unclear. Here, using tensile testing, in-situ microscopy and nanomechanical testing, the behavior of dislocations in dilute Nb-Si alloys, containing from 0 at.% to 0.8 at.% Si, is investigated. We show that the hardness, strength and strain hardening rate increase from two to four times, while the uniform elongation in tension only reduces 50% as the Si content increases. Dislocations evolve from complex entangled patterns in Nb to parallel long-straight screw dislocation-dominated structures in Nb-Si alloys. In-situ indentation reveals that the origins of the marked hardening in Nb-Si alloy are the reduction of dislocation mobility and cross-slip propensity. Large densities of dislocation debris-superjogs and loops introduced throughout the sample during warm rolling and annealing are found to provide active internal dislocation sources, which explain the minimal ductility loss seen in these Nb-Si alloys. These findings can help guide the alloy design of high-performance refractory materials for extreme temperature applications.

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