Kekuatan hasil yang tinggi dan keplastikan tegangan adalah penting untuk aplikasi kejuruteraan bahan logam. Pada masa ini, hanya beberapa keluli berkekuatan ultra-tinggi-yang mencapai kekuatan hasil pukal (σy) sebanyak 2 GPa. Walau bagaimanapun, mereka tidak mempunyai kapasiti pengerasan kerja yang mencukupi semasa ubah bentuk plastik, mengakibatkan ubah bentuk seragam yang dilaporkan dalam ujian tegangan uniaksial standard yang terdiri daripada aliran plastik bergerigi yang disebabkan oleh jalur ubah bentuk setempat, dan bukannya pemanjangan seragam sebenar (ɛu). Keluli kekuatan ultra-tinggi-ini, seperti keluli maraging, biasanya mempunyai pemanjangan seragam yang sangat rendah (cth, ɛu ~ 5%). Walaupun mekanisme pengukuhan fasa kedua klasik-dapat meningkatkan kekuatan hasil bahan dengan berkesan, tahap pengukuhan dihadkan oleh pecahan volum rendah fasa kedua dalam aloi (selalunya < 50 jilid%), yang membawa kepada penurunan mendadak dalam keplastikan tegangan. Oleh itu, mereka bentuk aloi dengan kedua-dua kekuatan alah σy ~ 2 GPa dan pemanjangan seragam ɛu dengan ketara lebih tinggi daripada 10% merupakan cabaran utama dalam sains bahan.
Sebagai tindak balas kepada cabaran di atas, Profesor Zhang Jinyu, Profesor Ma En, dan Ahli Akademik Sun Jun dari Makmal Utama Kebangsaan Kekuatan Bahan Logam di Universiti Xi'an Jiaotong mencadangkan penggunaan mendakan sebatian interlogam pecahan volum tinggi ultra{0}}, iaitu fasa nano L12 yang koheren dan tidak koheren modulus rendah plastik keras B2 fasa mikro, untuk mengukuhkan fasa mikro B2 modulus rendah modulus rendah. Matriks aloi kompleks besi kaya FCC berdasarkan pencapaian sebelumnya (Acta Mater, 2022, 233: 117981; Scripta Mater, 2023, 222: 115058). Untuk mencapai kekuatan ultra-tinggi dan kemuluran tegangan seragam yang besar pada suhu bilik, konsep reka bentuk aloi ini ialah: i) meningkatkan kekuatannya dengan pecahan volum tinggi fasa nano L12 koheren dengan tenaga sempadan domain penyongsangan tinggi, dan ii) untuk memperkenalkan pecahan volum tinggi fasa mikro B2 tidak koheren modulus rendah; Di satu pihak, antara muka tidak koheren adalah lebih berkesan dalam menghalang pergerakan kehelan dan meningkatkan kekuatan hasil daripada antara muka koheren. Sebaliknya, pengenalan berbilang elemen pengaloian mengurangkan sempadan domain anti fasa B2 untuk meningkatkan keplastikannya, membolehkan zarah ini bertindak sebagai unit penyimpanan kehelan dan meningkatkan keupayaan pengerasan kerja.
Konsep reka bentuk aloi berbilang unsur utama menghasilkan ruang pemilihan komposisi yang besar untuk aloi kompleks, yang menimbulkan kesukaran yang belum pernah berlaku sebelum ini untuk mereka bentuk aloi-berprestasi tinggi berdasarkan kaedah "percubaan dan ralat" tradisional. Untuk tujuan ini, ahli pasukan menjalankan pemeriksaan komponen menggunakan kaedah pembelajaran mesin berbantukan pengetahuan domain. Pengaloian sinergistik unsur Ta (bukannya unsur Ti) yang paling ketara dicapai melalui unsur cahaya keterlarutan pepejal tinggi Al dan sempadan domain fasa bertentangan L12, menghasilkan aloi kompleks L12+B2 fasa pemendakan Fe35Ni29Co21Al12Ta3 (pada.%) (Rajah 1). Pecahan isipadu fasa nano L12 (kaya dengan Al, Ta) dan fasa mikro B2 (kaya dengan Al, miskin dalam Ta) masing-masing setinggi~67 jilid.% dan~15 jilid. Kedua-dua antara muka L12/FCC yang koheren dan antara muka B2/FCC yang tidak koheren dapat berinteraksi dengan kuat dengan kehelan (Rajah 2). Ia bukan sahaja boleh menjana kehelan, tetapi ia juga boleh menyimpan kehelan, terutamanya fasa mikron modulus B2 yang rendah boleh dibandingkan dengan (FCC+L12) Ketumpatan kehelan yang lebih tinggi yang disimpan dalam matriks (Rajah 3) dengan ketara meningkatkan prestasi pengerasan kerja aloi, dengan itu meningkatkan hasil/kekuatan tegangan dan kekuatan aloi yang tidak dapat ditegangkan. gabungan keplastikan pada suhu bilik, jauh lebih baik daripada semua aloi yang dilaporkan sehingga kini (Rajah 4). Strategi reka bentuk aloi yang dicadangkan oleh pasukan juga menyediakan idea baharu untuk reka bentuk aloi berprestasi tinggi{31}}yang lain.
Rajah 1. (a) Model pembelajaran mesin berasaskan pengetahuan domain (terdiri daripada enam kitaran pembelajaran aktif) meramalkan aloi kompleks FeNiCoAlTa dengan keplastikan super. (b) Kekuatan hasil ramalan teori adalah konsisten dengan kekuatan hasil yang diukur secara eksperimen, mengesahkan kebolehpercayaan model pembelajaran mesin. (c) Hubungan antara kekuatan hasil yang diukur secara eksperimen dan bilangan lelaran model mendedahkan komposisi optimum aloi kompleks Fe35Ni29Co21Al12Ta3.
Rajah 2. (a-d) Ubah bentuk suhu bilik dan ciri antara muka aloi kompleks Fe35Ni29Co21Al12Ta3 dengan struktur tiga-fasa, iaitu kehelan boleh memotong melalui fasa nano L12 dan menyimpan dalam fasa mikro modulus B2 yang rendah. Dislokasi wujud pada kedua-dua antara muka koheren L12/FCC dan antara muka tidak koheren B2/FCC; (e) Analisis probe atom bagi komposisi kimia dan ciri pengedaran aloi kompleks, serta komposisi unsur berbilang fasa nano L12 dan fasa mikro B2.
Rajah 3. Evolusi ketumpatan kehelan setiap fasa juzuk dalam aloi kompleks Fe35Ni29Co21Al12Ta3 dengan terikan (a1-d1) ε=0, (a2-d2) ε=8%, dan (a3-d3) ε=20%, menunjukkan bahawa modul mikron rendah boleh menyimpan fasa rendah B2. ketumpatan kehelan daripada matriks (FCC+L12).
Rajah 4. (a-b) Tegasan kejuruteraan-tekanan dan tegasan sebenar-lengkung terikan aloi kompleks dengan komposisi yang berbeza, (c) Perbandingan prestasi pengerasan kerja aloi kompleks Fe35Ni29Co21Al12Ta3 dengan bahan logam ultra-tinggi gred 2GPa yang lain (keluli D&P, keluli martensit, aloi entropi sederhana tinggi), dan (d, e) Perbandingan kekuatan alah padanan pemanjangan tegangan seragam dan kekuatan alah padanan produk plastik kuat aloi kompleks Fe35Ni29Co21Al12Ta3 dengan bahan logam lain. Gabungan sifat mekanikal pada suhu bilik adalah jauh lebih unggul daripada bahan logam lain yang dilaporkan.
Penemuan penyelidikan telah diterbitkan dalam talian dalam Nature di bawah tajuk "Reka bentuk pembelajaran mesin aloi FeNiCoAlTa mulur dengan kekuatan tinggi". Yasir Sohail dan Zhang Chongle, pelajar kedoktoran dari Pusat Pengajian Sains dan Kejuruteraan Bahan di Universiti Xi'an Jiaotong, masing-masing adalah pengarang pertama dan kedua. Profesor Zhang Jinyu, Marx, dan Ahli Akademik Sun Jun adalah pengarang bersama kertas kerja itu. Profesor Liu Gang, Xue Dezhen, Profesor Madya Yang Yang, dan pelajar kedoktoran Zhang Dongdong, Gao Shaohua, Fan Xiaoxuan, dan Zhang Hang turut mengambil bahagian dalam kerja itu. Makmal Utama Kebangsaan Kekuatan Bahan Logam di Universiti Xi'an Jiaotong ialah satu-satunya unit komunikasi dan penyiapan untuk kerja ini. Pekerjaan ini adalah kali pertama pelajar asing dari Pusat Pengajian Sains Bahan di Universiti Xi'an Jiaotong telah menerbitkan artikel Alam Semula Jadi sebagai pengarang pertama. Kerja ini telah menerima pembiayaan daripada Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China, Pangkalan Pengenalan Bakat 111, Projek Pasukan Inovasi Sains dan Teknologi Wilayah Shaanxi, dan Dana Perniagaan Penyelidikan Asas Universiti Pusat. Kerja pencirian dan ujian telah mendapat sokongan padu daripada Pusat Kongsi Analisis dan Pengujian Universiti Xi'an Jiaotong, Pusat Teknologi Eksperimen Pusat Pengajian Sains Bahan dan Sumber Cahaya Shanghai.