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L12-strengthened multicomponent Co-Al-Nb-based alloys with high strength and matrix-confined stacking-fault-mediated plasticity

材料科学 合金 叠加断层 索尔夫斯 金属间化合物 微观结构 剪切(物理) 冶金 可塑性 相(物质) 材料的强化机理 结晶学 复合材料 位错 高温合金 有机化学 化学
作者
Boxuan Cao,Weiwei Xu,Changping Yu,Shiwei Wu,H.J. Kong,Zhiyi Ding,Tianlong Zhang,Junhua Luan,Bin Xiao,Zengbao Jiao,Y. Liu,Tao Yang,C.T. Liu
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:229: 117763-117763 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.117763
摘要

This study presents the alloy development of a new class of L12-strengthened Co-Al-Nb-based alloys with high γ′-solvus temperatures together with superb strengths at both ambient and elevated temperatures. The L12-Co3(Al, Nb) phase was found to be in equilibrium with the γ-Co matrix and the B2-CoAl phase in the ternary Co-10Al-3Nb alloy after an isothermal aging at 700 °C; however, it transformed into the Laves phase as the aging temperature increased to 800 °C. Alloying additions of Ni helped to suppress the B2 phase formation, resulting in a clean γ-γ′ dual-phase microstructure. Ti and Ta elements further stabilized the L12 structure and increased the γ′-solvus temperature to 1150 °C without inducing the formation of any other deleterious intermetallic phases. The newly developed Co-Al-Nb-Ni-Ti-Ta multicomponent Co-rich alloy has demonstrated outstanding yield strengths at both ambient and elevated temperatures, reaching 1023 ± 27 MPa at 25 °C and 897 ± 53 MPa at 700 °C, respectively. Furthermore, electron microscopy analyses uncovered unique deformation substructures, in which plasticity is predominantly carried out via nanoscale matrix-channel-confined stacking faults. As determined by the first-principle calculations, the absence of particle shearing upon deformation at ambient temperature is ascribed to the ultrahigh planar fault energies of the multicomponent γ′ precipitates. High-density superlattice-stacking-fault shearing and their interactions are responsible for the yield anomaly at 700 °C. These findings not only provide the fundamental understanding of the deformation behavior of the L12-strengthened alloys, but also demonstrate the great potential for developing next-generation high-temperature structural materials based on the multicomponent Co-rich alloy systems.
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