Evading the strength-ductility trade-off dilemma in steel through gradient hierarchical nanotwins.
Evading the strength-ductility trade-off dilemma in steel through gradient hierarchical nanotwins.
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DOI：
10.1038/ncomms4580
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发表时间：
2014-04-01
影响因子：
16.6
通讯作者：
Gao, Huajian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wei, Yujie;Li, Yongqiang;Zhu, Lianchun;Liu, Yao;Lei, Xianqi;Wang, Gang;Wu, Yanxin;Mi, Zhenli;Liu, Jiabin;Wang, Hongtao;Gao, Huajian
强度与延性的权衡一直是材料科学中的一个难题。这限制了许多结构材料的潜力，特别是钢材。在这里，我们报告了一种在不牺牲塑性的情况下提高孪生诱发塑性钢强度的方法。对柱状孪生诱发塑性钢样品施加扭转，使其沿径向产生梯度纳米孪晶组织后，我们发现，在不降低塑性的情况下，材料的屈服强度可以增加一倍。结果表明，这种强塑性权衡的避免是由于在预扭和随后的拉伸变形过程中形成了梯度层状纳米孪晶组织。通过一系列基于晶体塑性的有限元模拟，了解了梯度孪晶结构为什么会导致强化和塑性保持，以及连续的扭转和拉伸如何通过激活不同的孪晶系统而导致观察到的层状纳米孪晶结构。在不牺牲延展性的情况下提高材料的强度是冶金领域的一个长期目标。在这里，作者证明了对孪生诱导塑性钢施加预扭转可以产生分层的纳米孪晶结构，在提高强度的同时保持延性。
The strength–ductility trade-off has been a long-standing dilemma in materials science. This has limited the potential of many structural materials, steels in particular. Here we report a way of enhancing the strength of twinning-induced plasticity steel at no ductility trade-off. After applying torsion to cylindrical twinning-induced plasticity steel samples to generate a gradient nanotwinned structure along the radial direction, we find that the yielding strength of the material can be doubled at no reduction in ductility. It is shown that this evasion of strength–ductility trade-off is due to the formation of a gradient hierarchical nanotwinned structure during pre-torsion and subsequent tensile deformation. A series of finite element simulations based on crystal plasticity are performed to understand why the gradient twin structure can cause strengthening and ductility retention, and how sequential torsion and tension lead to the observed hierarchical nanotwinned structure through activation of different twinning systems. It is a long-standing goal in metallurgy to enhance the strength of materials without sacrificing ductility. Here, the authors demonstrate that applying pre-torsion to a twinning-induced plasticity steel generates a hierarchical nanotwin structure, improving strength whilst retaining ductility.
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