Acta Materialia两连发!原位纳米3D追踪蠕变孔洞演化

文摘   科学   2024-11-14 08:08   浙江  

图文摘要

研究背景
高温合金是各种苛刻应用中的关键部件,从喷气发动机到发电厂。然而,这些合金易受一种称为“蠕变”的现象的影响,这是一种时间相关的变形,可能导致过早失效。蠕变失效的一个关键因素是材料微观结构中孔洞的形成和生长。了解这些孔洞是如何演变的,对于预测这些合金的寿命和防止灾难性失效至关重要。

研究方法

欧洲同步辐射光源的Kumar博士等研究人员采用了一种称为“原位 X 射线纳米断层扫描”的技术来研究商用镁合金 (AZ31) 中的蠕变孔洞生长。这种方法允许实时、三维观察材料在高温下发生变形时的微观结构。样品承受拉伸蠕变条件(3.2 MPa 和 673 K),并且由于 7 秒的快速扫描时间,孔洞的演变以 100 nm 的出色像素尺寸进行 3D 跟踪。

研究亮点

  • 复杂的生长模式:蠕变孔洞并非简单地均匀膨胀。相反,它们遵循复杂而独特的生长路径,导致复杂的形状。
  • 演化类型分类:提出了一种原始的孔洞演化分类系统,确定了五种不同的类型。他们发现单个孔洞可以通过这些类型的组合进行生长。
  • 生长机制:通过分析演化类型,该研究将它们与特定的生长机制联系起来,主要是扩散和晶界滑移。
  • 意外收缩:与预期相反,研究人员观察到一些孔洞在变形过程中体积减小,他们将其归因于局部应力变化和烧结效应。

研究意义

这项研究为了解高温合金中蠕变孔洞演化的复杂过程提供了宝贵的见解。

  • 预测合金寿命:了解孔洞生长机制可以更准确地预测高温部件的蠕变寿命。

  • 表征技术:原位 X 射线纳米断层扫描的使用为实时、三维研究微观结构演变开辟了新的可能性。


图1. 三维渲染体积显示 15号孔洞 随应变的演变(在每个框的底部标记)。演变类型已使用左上角的符号标记。最后一次扫描的孔洞的另一个视图也已显示(以框突出显示),以便更好地理解孔洞的三维形状(孔洞为红色,金属间化合物为绿色)。
图2. 9号孔洞的 L、W 和 D 尺寸(由右下角的边界框表示)随应变的演变。演变类型也已与不同演化机制中的孔洞的三维渲染视图一起标记。

作者

这项工作的第一作者和通讯作者是来自欧洲同步辐射光源的Richi Kumar博士
引文格式
R. Kumar, P. Lhuissier, J. Villanova, L. Salvo, J.J. Blandin, Elementary growth mechanisms of creep cavities in AZ31 alloy revealed by in situ X-ray nano-tomography, Acta Materialia 228 (2022) 117760. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117760

辑点评:

蠕变孔洞演化是导致高温合金过早失效和影响其长期蠕变寿命评估的关键因素,涉及高温合金蠕变的关键科学技术问题。利用原位纳米断层扫描技术,可以实时、三维地观察蠕变孔洞的演化,有助于深入理解蠕变孔洞演化机制,并建立和完善相关模型。然而,目前针对该问题的研究仍然较少,期待更多科研人员利用这项技术开展深入研究,共同推动该领域的进展!

Kumar博士利用原位纳米断层扫描技术,三维实时观察蠕变孔洞演化,两次发表国际顶刊Acta Materialia。

Kumar博士的第一篇Acta Materialia的中文编译

贺君敬 | 编译,公众号:蠕变预测ICCPActa Materialia | 原位纳米三维实时观察蠕变孔洞演化 + 关键科学问题

编译:贺君敬 博士

蠕变预测ICCP
国际蠕变预测中心(International Center for Creep Prediction, ICCP)致力于推广高温材料及强度、蠕变、材料基础理论与实验等领域的研究成果。诚邀专家学者赐稿,共推行业发展。欢迎关注,共同探索!
 最新文章