Forskare från Institute of Mechanics of the Chinese Academy of Sciences, samarbetar med forskare från Singapore och USA, har funnit att fällningar i nanoskala ger en unik hållbar förskjutningskälla vid tillräckligt hög stress.

Forskarna upptäckte att tätt spridda nanoprfällningar samtidigt fungerar som förskjutningskällor och hinder, vilket leder till en hållbar och självhärdande deformationsmekanism som ökar duktiliteten och styrkan. Resultaten publicerades i PNAS den 24 februari 2020.

I konstruktionsmaterial, motstånd mot deformation är av avgörande betydelse, specifikt motstånd mot initiering av plastisk deformation eller avkastning; spänningen vid denna punkt representerar materialets styrka. Under tiden, hur mycket en metall kan deformera plastiskt - dess formbarhet - är en annan viktig åtgärd. Både styrka och formbarhet beror på rörelsen av metallförskjutningar.

Rörelsen av en dislokation blir svårare om någon barriär eller diskontinuitet kommer in på dislokationens väg, det är, materialen är härdade. Bland många härdningsrutiner, fällningshärdning har varit väl etablerad och används allmänt i konstruktionsmaterial som Al -legeringar, Ni superlegeringar, stål, och nyligen upptäckt legeringar med hög entropi.

Utfällningar fungerar som hinder för förskjutning av glid och orsakar härdning av materialet. Dock, de kan leda till för tidigt misslyckande och minskad duktilitet. Hinder för förskjutning av glidning leder ofta till hög stresskoncentration och till och med mikrosprickor, en orsak till progressiv stamlokalisering och ursprunget till styrkan-duktilitetskonflikten.

Enligt forskarna, nyckeln till att mildra den konventionella avvägningen mellan styrka och duktilitet är att använda en mild men homogen härdningsmekanism vid en hög stressnivå. Nanofällningar ger en hållbar och självhärdande deformationsmekanism som ökar duktiliteten och styrkan. Villkoret för att uppnå hållbar dislokationskärnbildning från ett nanoprecipitat styrs av gitteret som inte matchar fällningen och matrisen.

Dr Peng Shenyou, författare till studien, sade "Samspelet mellan de två längdskalorna, fällningsstorlek och avstånd, kan användas som ett optimalt designmotiv för att producera en utmärkt kombination av styrka och smidighet, samt ge ett kriterium för att välja fällningsstorlek och avstånd i materialdesign. "

Dessa fynd etablerar en grund för optimering av styrka-duktilitet genom tätt spridda nanoprfällningar i legeringssystem med flera element.