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《APPL PHYS LETT》喬珺威等工作：CoNiV中熵合金中鋸齒流變行為的統(tǒng)計分析
發(fā)布日期：2024-02-19 瀏覽次數(shù)：2994
中熵合金 (MEA) 是在高熵合金概念下發(fā)展出來的新型合金，有著優(yōu)異的力學(xué)性能。CoNiV MEA在一定的溫度和應(yīng)變速率范圍內(nèi)會出現(xiàn)鋸齒流變行為，嚴(yán)重影響其加工能力與力學(xué)性能。傳統(tǒng)合金中的鋸齒流變行為可以歸因于由動態(tài)應(yīng)變時效引起的Portevin–Le Chatelier效應(yīng)，但中熵合金中溶質(zhì)原子并不確定，溶質(zhì)原子與位錯的交互作用方式也尚不明確。目前并無模型可以定量描述CoNiV MEA中鋸齒流變行為的兩大特征，即臨界應(yīng)變和應(yīng)力降分布。
基于此，太原理工大學(xué)喬珺威在期刊Applied Physics Letters上發(fā)表了一篇名為“Statistical analysis of serrated flows in CoNiV medium-entropy alloy”的文章。
研究人員觀察CoNiV MEA在不同溫度和應(yīng)變速率下的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線及不同溫度拉伸后試樣的X射線衍射圖譜（圖1），發(fā)現(xiàn)隨著溫度和應(yīng)變速率的變化，鋸齒類型會發(fā)生轉(zhuǎn)變，臨界應(yīng)變大小會出現(xiàn)變化。圖2對圖1中每條拉伸曲線出現(xiàn)鋸齒的應(yīng)力降大小進(jìn)行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)不同類型鋸齒的應(yīng)力降大小分布有著不同的特征。隨著應(yīng)變率的提高，所有溫度下的分布都呈現(xiàn)冪律的特性，表現(xiàn)出臨界態(tài)，表明系統(tǒng)具有可調(diào)臨界性。圖3根據(jù)圖2中的可調(diào)臨界特性，對應(yīng)力降大小的互補累積分布函數(shù)進(jìn)行了標(biāo)度塌縮，所得標(biāo)度指數(shù)滿足應(yīng)變率調(diào)控下的平均場近似的預(yù)測值，表明當(dāng)系統(tǒng)趨于臨界態(tài)時，對CoNiV MEA系統(tǒng)內(nèi)部相互作用進(jìn)行平均場近似是可行的。因此，可直接使用平均場近似得到的標(biāo)度指數(shù)及標(biāo)度函數(shù)圖片來預(yù)測CoNiV MEA系統(tǒng)臨界態(tài)附近鋸齒應(yīng)力降大小的分布。圖4根據(jù)McCormick模型擬合了臨界應(yīng)變的本構(gòu)方程，得到了McCormick模型框架下不同溫度時的m+β值，在臨界應(yīng)變表現(xiàn)出正行為的溫度區(qū)間內(nèi)，CoNiV MEA的m+β值符合傳統(tǒng)面心立方合金的m+β值范圍，表明CoNiV MEA臨界應(yīng)變的正行為可以使用McCormick模型解釋，且溶質(zhì)原子及溶質(zhì)原子與位錯交互作用形式反映出的數(shù)值與傳統(tǒng)面心立方合金類似。目前的工作確定了CoNiV MEA的鋸齒流變行為的統(tǒng)計特征，可以為臨界態(tài)附近平均場近似的應(yīng)用提供實驗支撐，以及為后續(xù)從傳統(tǒng)合金角度切入研究CoNiV MEA溶質(zhì)原子形式及溶質(zhì)與位錯相互作用機理提供實驗依據(jù)。
基于此，太原理工大學(xué)喬珺威在期刊Applied Physics Letters上發(fā)表了一篇名為“Statistical analysis of serrated flows in CoNiV medium-entropy alloy”的文章。
研究人員觀察CoNiV MEA在不同溫度和應(yīng)變速率下的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線及不同溫度拉伸后試樣的X射線衍射圖譜（圖1），發(fā)現(xiàn)隨著溫度和應(yīng)變速率的變化，鋸齒類型會發(fā)生轉(zhuǎn)變，臨界應(yīng)變大小會出現(xiàn)變化。圖2對圖1中每條拉伸曲線出現(xiàn)鋸齒的應(yīng)力降大小進(jìn)行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)不同類型鋸齒的應(yīng)力降大小分布有著不同的特征。隨著應(yīng)變率的提高，所有溫度下的分布都呈現(xiàn)冪律的特性，表現(xiàn)出臨界態(tài)，表明系統(tǒng)具有可調(diào)臨界性。圖3根據(jù)圖2中的可調(diào)臨界特性，對應(yīng)力降大小的互補累積分布函數(shù)進(jìn)行了標(biāo)度塌縮，所得標(biāo)度指數(shù)滿足應(yīng)變率調(diào)控下的平均場近似的預(yù)測值，表明當(dāng)系統(tǒng)趨于臨界態(tài)時，對CoNiV MEA系統(tǒng)內(nèi)部相互作用進(jìn)行平均場近似是可行的。因此，可直接使用平均場近似得到的標(biāo)度指數(shù)及標(biāo)度函數(shù)圖片來預(yù)測CoNiV MEA系統(tǒng)臨界態(tài)附近鋸齒應(yīng)力降大小的分布。圖4根據(jù)McCormick模型擬合了臨界應(yīng)變的本構(gòu)方程，得到了McCormick模型框架下不同溫度時的m+β值，在臨界應(yīng)變表現(xiàn)出正行為的溫度區(qū)間內(nèi)，CoNiV MEA的m+β值符合傳統(tǒng)面心立方合金的m+β值范圍，表明CoNiV MEA臨界應(yīng)變的正行為可以使用McCormick模型解釋，且溶質(zhì)原子及溶質(zhì)原子與位錯交互作用形式反映出的數(shù)值與傳統(tǒng)面心立方合金類似。目前的工作確定了CoNiV MEA的鋸齒流變行為的統(tǒng)計特征，可以為臨界態(tài)附近平均場近似的應(yīng)用提供實驗支撐，以及為后續(xù)從傳統(tǒng)合金角度切入研究CoNiV MEA溶質(zhì)原子形式及溶質(zhì)與位錯相互作用機理提供實驗依據(jù)。
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