Evading the strength–ductility trade-off dilemma in steel through gradient hierarchical nanotwins

材料科学 晶体孪晶 延展性(地球科学) 扭转(腹足类) 可塑性 极限抗拉强度 复合材料 变形(气象学) 变形机理 微观结构 蠕动 医学 外科
作者
Yujie Wei,Yongqiang Li,Lianchun Zhu,Yao Liu,Xianqi Lei,Gang Wang,Yanxin Wu,Zhenli Mi,Jiabin Liu,Hongtao Wang,Huajian Gao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:5 (1) 被引量:944
标识
DOI:10.1038/ncomms4580
摘要

The strength-ductility trade-off has been a long-standing dilemma in materials science. This has limited the potential of many structural materials, steels in particular. Here we report a way of enhancing the strength of twinning-induced plasticity steel at no ductility trade-off. After applying torsion to cylindrical twinning-induced plasticity steel samples to generate a gradient nanotwinned structure along the radial direction, we find that the yielding strength of the material can be doubled at no reduction in ductility. It is shown that this evasion of strength-ductility trade-off is due to the formation of a gradient hierarchical nanotwinned structure during pre-torsion and subsequent tensile deformation. A series of finite element simulations based on crystal plasticity are performed to understand why the gradient twin structure can cause strengthening and ductility retention, and how sequential torsion and tension lead to the observed hierarchical nanotwinned structure through activation of different twinning systems.
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