Hár álagsstyrkur og togmýkt skipta sköpum fyrir verkfræðilega notkun málmefna. Eins og er, ná aðeins örfá -há-sterk stál lausuþol (σy) upp á 2 GPa. Hins vegar skortir þær nægjanlega vinnuherðingargetu meðan á plastaflögun stendur, sem leiðir til þess að samræmda aflögunin sem greint er frá í stöðluðum einása togprófum er samsett úr röndóttu plastflæði af völdum staðbundinna aflögunarbanda, frekar en raunverulegri samræmdri lengingu (ɛu). Þessi ofur-há-stál, eins og maraging stál, hafa yfirleitt mjög litla samræmda lengingu (td ɛu ~ 5%). Þrátt fyrir að klassískt annars-styrkingarkerfi geti á áhrifaríkan hátt bætt uppskeruþol efna, er styrkingarstigið takmarkað af lágu rúmmálshlutfalli seinni fasans í málmblöndunni (oft < 50 rúmmál%), sem leiðir til mikillar lækkunar á togmýktni. Þess vegna er mikil áskorun í efnisfræði að hanna málmblöndur með bæði flæðistyrk σy ~ 2 GPa og samræmda lenging ɛu sem er verulega hærri en 10%.
Til að bregðast við ofangreindum áskorunum, lögðu prófessor Zhang Jinyu, prófessor Ma En, og fræðimaður Sun Jun frá National Key Laboratory of Metal Material Strength við Xi'an Jiaotong háskóla til að nota úr -mjög rúmmálshlutfalli millimálma efnasambanda útfellinga, þ.e. samhangandi L12 nanófasa og ósamhangandi lágstyrkleikafasa FCC, flókinn plast, lágstyrkur og flókinn járnstyrkur FCC fylki byggt á fyrri afrekum þeirra (Acta Mater, 2022, 233: 117981; Scripta Mater, 2023, 222: 115058). Til þess að ná ofur-háum styrk og mikilli einsleitri togþol við stofuhita er hönnunarhugmynd þessarar málmblöndur: i) að auka styrkleika hennar með háu rúmmálshlutfalli af samfelldum L12 nanófasa með mikilli inversion lénsmarkaorku, og ii) að innleiða mikið rúmmálshlutfall af ósamstæðu B2 örfasa með litlum stuðli; Annars vegar eru ósamræmd viðmót áhrifaríkari til að hindra hreyfingu frá liðskiptingu og bæta afkastagetu en samhangandi viðmót. Á hinn bóginn dregur innleiðing margra málmbandi þátta úr mörkum mótfasa léns B2 til að auka mýkt þess, sem gerir þessar agnir kleift að virka sem geymslueiningar til að losna og bæta vinnuherðingu.
Hönnunarhugmyndin um málmblöndur með mörgum meginþáttum leiðir til mikils samsetningarvals fyrir flóknar málmblöndur, sem veldur áður óþekktum erfiðleikum við að hanna-afkastamikil málmblöndur byggðar á hefðbundnum „tilraun og villa“ aðferðum. Í þessu skyni framkvæmdu liðsmenn íhlutaskimun með því að nota vélanámsaðferðir með aðstoð lénsþekkingar. Mikilvægasta frumefni Ta (frekar en frumefni Ti) samverkandi málmblöndur var náð með háu leysni ljósþáttarins Al og L12 gagnstæðra fasa lénsmörkum, sem leiddi til þess að L12+B2 tvískiptur úrkomufasinn styrkti Fe35Ni29Co21Al12Ta3 (at.%) flókið málmblöndur 1 (mynd). Rúmmálshlutar L12 nanófasa (ríkur af Al, Ta) og B2 örfasa (ríkur af Al, fátækur af Ta) voru allt að ~67 rúmmál% og ~15 rúmmáls%, í sömu röð. Bæði samhangandi L12/FCC tengi og ósamhangandi B2/FCC tengi gátu haft sterk samskipti við liðskipti (Mynd 2). Það getur ekki aðeins framkallað liðfærslur, heldur getur það einnig geymt liðskiptingar, sérstaklega má bera saman lágan stuðul B2 míkron fasa við (FCC+L12) Hærri þéttleiki liðfæringa sem geymdar eru í fylkinu (Mynd 3) eykur verulega vinnuherðandi frammistöðu málmblöndunnar og eykur þar með afköst/togþol þess til að ná ótengdum styrkleika og togstyrk til að ná ótengdum styrkleika og togstyrk. mýktarsamsetning við stofuhita, marktækt betri en allar tilkynntar málmblöndur til þessa (mynd 4). Hönnunarstefnan fyrir málmblöndur sem teymið leggur til veitir einnig nýjar hugmyndir um hönnun annarra-afkastamikilla málmblöndur.
Mynd 1. (a) Vélnámslíkan sem byggir á lénsþekkingu (sem samanstendur af sex virkum námslotum) spáir fyrir um FeNiCoAlTa flókna málmblönduna með ofurmýktni. (b) Fræðilega spáð afrakstursstyrkur er í samræmi við tilraunamældan afrakstursstyrk, sem staðfestir áreiðanleika vélnámslíkans. (c) Sambandið milli tilraunamældrar uppskerustyrks og fjölda endurtekningar líkansins sýnir ákjósanlega samsetningu Fe35Ni29Co21Al12Ta3 flókins málmblöndu.
Mynd 2. (a-d) Aflögun stofuhita og tengieiginleikar Fe35Ni29Co21Al12Ta3 flókinna málmblöndu með þriggja-fasa uppbyggingu, þ.e. dislocations geta skorið í gegnum L12 nanófasa og geymt í lágum stuðli B2 örfasa. Skiptingar eru til við bæði L12/FCC samhangandi og B2/FCC ósamhengi tengi; (e) Atómrannsóknargreining á efnasamsetningu og dreifingareiginleikum flókinna málmblöndur, svo og frumefnasamsetningu fjölþættrar L12 nanófasa og B2 örfasa.
Mynd 3. Þróun tilfæringarþéttleika hvers efnisfasa í Fe35Ni29Co21Al12Ta3 flóknu álfelgur með álagi (a1-d1) ε=0, (a2-d2) ε=8%, og (a3-d3) ε{{14} sem geymir B2% hærri þéttleiki tilfæringa en (FCC+L12) fylkið.
Mynd 4. (a-b) Verkfræðiálag-álag og raunverulegt álag-álagsferlar flókinna málmblöndur með mismunandi samsetningu, (c) Samanburður á vinnuherðingarafköstum Fe35Ni29Co21Al12Ta3 flókins málmblöndu við önnur 2GPa-gráðu ofur-hástyrk stálefni úr málmi, hástyrkt stál, martensi, hástyrkt stál og martensi, hástyrkt stál, martensi, hár (d, e) Samanburður á flæðistyrk samræmdu toglengingarsamsvörun og flæðistyrk sterkri plastvörusamsvörun Fe35Ni29Co21Al12Ta3 flókins málmblöndu við önnur málmefni. Samsetning vélrænna eiginleika við stofuhita er verulega betri en önnur málmefni sem greint er frá.
Rannsóknarniðurstöðurnar voru birtar á netinu í Nature undir heitinu „Machine learning design of ductile FeNiCoAlTa alloys with high strength“. Yasir Sohail og Zhang Chongle, doktorsnemar frá School of Materials Science and Engineering við Xi'an Jiaotong háskólann, eru fyrsti og annar höfundur greinarinnar, í sömu röð. Prófessorarnir Zhang Jinyu, Marx og Academician Sun Jun eru sambærilegir höfundar blaðsins. Prófessorarnir Liu Gang, Xue Dezhen, dósent Yang Yang og doktorsnemar Zhang Dongdong, Gao Shaohua, Fan Xiaoxuan og Zhang Hang tóku einnig þátt í verkinu. National Key Laboratory of Metal Material Strength við Xi'an Jiaotong háskólann er eina samskipta- og frágangseiningin fyrir þessa vinnu. Þetta starf er í fyrsta sinn sem erlendir nemendur frá Efnisfræðideild Xi'an Jiaotong háskólans birta Nature grein sem fyrsti höfundur. Þessi vinna hefur hlotið styrk frá National Natural Science Foundation of China, 111 Talent Introduction Base, Shaanxi Provincial Science and Technology Innovation Team Project og Central University Basic Research Business Fund. Lýsingar- og prófunarvinnan hefur hlotið sterkan stuðning frá greiningar- og prófunarmiðstöð Xi'an Jiaotong háskólans, tilraunatæknimiðstöð efnisvísindasviðs og ljósgjafa í Shanghai.
