ピット大学の研究者ら、材料の欠陥を利用して合金の強度と延性を両立させる方法を発表 Pitt Researchers Publish Method to Make Alloys Both Strong and Ductile By Leveraging Materials’ Defects
2022-10-26 ピッツバーグ大学
研究は、合金に意図的に欠陥を入れることで、材料の延性（柔軟性）を維持しながら強度を高める方法を示している。
この研究では、強靭で延性のある合金を作るために使用できる準安定性工学の2つのメカニズム、変態誘起塑性（TRIP）と双晶誘起塑性（TWIP）について調べている。TRIPとTWIPは、圧力下で起こる微細構造の変化を利用して、材料に何らかの欠陥を発生させ、強度を向上させる目的に応じた欠陥を形成するものである。
研究チームが行った密度汎関数計算によるCALPHADモデリングは、強度-延性相乗効果を高めるTRIP/TWIPを用いた準安定合金の開発に応用できる基礎知識を提供するもので、TRIP/TWIPを用いることで、強度-延性相乗効果を高めることができる。また、鉄鋼やニッケルなどの高濃度合金にも応用することができる。
＜関連情報＞
- https://news.engineering.pitt.edu/how-imperfections-can-actually-improve-alloys/
- https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7333
不安定断層エネルギーの調整による高エントロピー源合金の設計的準安定性 Design metastability in high-entropy alloys by tailoring unstable fault energies
Xin Wang,Rafael Rodriguez De Vecchis,Chenyang Li,Hanlei Zhang,Xiaobing Hu,Soumya Sridar,Yuankang Wang,Wei Chen,Wei Xiong
Science Advances Published:9 Sep 2022
DOI: 10.1126/sciadv.abo7333
Abstract
Metastable alloys with transformation-/twinning-induced plasticity (TRIP/TWIP) can overcome the strength-ductility trade-off in structural materials. Originated from the development of traditional alloys, the intrinsic stacking fault energy (ISFE) has been applied to tailor TRIP/TWIP in high-entropy alloys (HEAs) but with limited quantitative success. Here, we demonstrate a strategy for designing metastable HEAs and validate its effectiveness by discovering seven alloys with experimentally observed metastability for TRIP/TWIP. We propose unstable fault energies as the more effective design metric and attribute the deformation mechanism of metastable face-centered cubic alloys to unstable martensite fault energy (UMFE)/unstable twin fault energy (UTFE) rather than ISFE. Among the studied HEAs and steels, the traditional ISFE criterion fails in more than half of the cases, while the UMFE/UTFE criterion accurately predicts the deformation mechanisms in all cases. The UMFE/UTFE criterion provides an effective paradigm for developing metastable alloys with TRIP/TWIP for an enhanced strength-ductility synergy.
