Dislocation exhaustion and ultra-hardening of nanograined metals by phase transformation at grain boundaries

材料科学 晶界强化 粒度 位错 晶界 硬化(计算) 可塑性 冶金 凝聚态物理 纳米技术 复合材料 微观结构 物理 图层(电子)
作者
Shangshu Wu,Zongde Kou,Qingquan Lai,Si Lan,Shyam Katnagallu,Horst Hahn,Shabnam Taheriniya,Gerhard Wilde,H. Gleiter,Tao Feng
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:50
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33257-1
摘要

Abstract The development of high-strength metals has driven the endeavor of pushing the limit of grain size (d) reduction according to the Hall-Petch law. But the continuous grain refinement is particularly challenging, raising also the problem of inverse Hall-Petch effect. Here, we show that the nanograined metals (NMs) with d of tens of nanometers could be strengthened to the level comparable to or even beyond that of the extremely-fine NMs (d ~ 5 nm) attributing to the dislocation exhaustion. We design the Fe-Ni NM with intergranular Ni enrichment. The results show triggering of structural transformation at grain boundaries (GBs) at low temperature, which consumes lattice dislocations significantly. Therefore, the plasticity in the dislocation-exhausted NMs is suggested to be dominated by the activation of GB dislocation sources, leading to the ultra-hardening effect. This approach demonstrates a new pathway to explore NMs with desired properties by tailoring phase transformations via GB physico-chemical engineering.

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