Trasporto della plasticità della dislocazione in un duale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2829 (2023) Citare questo articolo

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Comprendere la deformazione coordinata di più fasi sotto stress applicato è fondamentale per la progettazione strutturale di leghe avanzate bifase o multifase. In questo studio, sono state eseguite prove di trazione al microscopio elettronico a trasmissione in situ per studiare i comportamenti di dislocazione e il trasporto della plasticità della dislocazione durante la deformazione di una lega Ti-10 (in peso%) Mo a doppia fase con fase α esagonale compattata e fase β cubica centrata sul corpo. Abbiamo dimostrato che la plasticità delle lussazioni preferisce trasmettersi dalla fase alfa alla fase alfa lungo l'asse longitudinale di ciascuna placca, indipendentemente da dove si sono formate le lussazioni. Le intersezioni delle diverse placche α hanno fornito una concentrazione locale dello stress che ha facilitato l’inizio delle attività di dislocazione da lì. Le lussazioni poi migravano lungo l’asse longitudinale delle placche α e trasportavano la plasticità delle lussazioni da una placca all’altra anche attraverso queste intersezioni. Poiché le placche α sono distribuite in vari orientamenti, gli slittamenti delle dislocazioni si sono verificati in più direzioni, il che è vantaggioso per una deformazione plastica uniforme del materiale. I nostri test meccanici sui micropilastri hanno ulteriormente dimostrato quantitativamente che la distribuzione delle piastre α e le intersezioni delle piastre α-α svolgono un ruolo importante nella regolazione delle proprietà meccaniche del materiale.

Per migliorare le proprietà meccaniche dei materiali, vengono spesso sviluppate e prodotte strutture bifase e multifase1. La combinazione di diverse fasi sarebbe vantaggiosa per le prestazioni complessive del materiale perché ciascuna fase ha strutture e proprietà distinte2,3. Di conseguenza, le leghe costituite da due o più fasi sono state ampiamente utilizzate nei settori essenziali, tra cui l'ingegneria aerospaziale e industriale4,5.

Due caratteristiche meccaniche essenziali che hanno un impatto diretto sul funzionamento dei materiali multifase in servizio sono la resistenza e la plasticità6,7. In particolare, il modo in cui la deformazione plastica viene trasportata attraverso le varie fasi quando viene applicata la sollecitazione è intimamente correlato alla resistenza e alla plasticità8,9. Poiché le diverse fasi hanno una deformabilità diversa, è sempre piuttosto interessante capire come diverse fasi adattano insieme la deformazione plastica per materiali che comprendono due o più fasi. C'erano stati numerosi tentativi di porre fine a questa relazione. Edalati et al. ha esaminato il comportamento delle strutture cubiche a faccia centrata (FCC) e cubiche a corpo centrato (BCC) sotto torsione ad alta pressione utilizzando una lega AlFeCoNiCu a doppia fase. Durante la deformazione plastica, sono emersi difetti gemelli e di impilamento nella FCC, mentre si sono verificati slittamenti di dislocazione nel BCC10. Secondo la ricerca di Tu et al., la ferrite è stata cruciale per la deformazione dell'acciaio per tubazioni a doppia fase bainite-ferrite poligonale. I sistemi di scorrimento di {123} 〈111〉 e {112} 〈111〉 sono stati inizialmente attivati ​​in ferrite. Successivamente, la concentrazione della deformazione ha causato lo scivolamento di un nuovo sistema di scorrimento {110} 〈111〉 sia nella fase bainite che in quella ferrite, che avrebbe dovuto essere la prova del transito della deformazione dalla ferrite alla bainite11. Le leghe di titanio commerciali sono costituite principalmente da fase α con struttura esagonale compattata (HCP) e fase β con struttura BCC. Tipicamente, entrambe le fasi vengono formate in piastre. Generalmente, la fase α si deforma prima della fase β poiché si ritiene che la fase α sia più morbida. Successivamente avviene la deformazione della fase β, che dovrebbe coordinarsi con le placche α deformate per accogliere la deformazione12,13. Tuttavia, l’effettivo processo di trasporto della deformazione plastica all’interno di questa struttura a doppia fase non è stato ancora rivelato.

Nel presente articolo, sono stati eseguiti test di deformazione al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) in situ per osservare direttamente lo scorrimento della dislocazione all'interno della struttura a doppia fase della lega di titanio. Si è scoperto che le dislocazioni si muovevano lungo le direzioni longitudinali della placca per la fase α. L'intersezione di diverse placche α ha generato alcuni punti con concentrazione di stress locale che ha facilitato il trasferimento delle attività di dislocazione da una placca all'altra. La maggior parte delle dislocazioni trasferite si muovevano lungo la direzione longitudinale e alcune scivolavano in più direzioni. A causa degli orientamenti variabili delle piastre α, la generazione di spostamenti di dislocazione può avvenire in più direzioni, il che andrebbe a vantaggio di una deformazione plastica omogenea.