缺陷实际上如何改善合金

有时，在用多种金属制造合金时，材料中可能会出现缺陷和结构不稳定性。现在，匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员正在利用这些缺陷使材料更坚固，同时保持其柔韧性。

研究人员正在设计能够克服众所周知的强度和延展性之间权衡的亚稳态合金，揭示了一种可以制造适合广泛应用的合金的策略。

“我们的工作展示了我们如何在合金中加入故意缺陷，以使其更坚固，同时保持材料的延展性或柔韧性，”机械工程和材料科学助理教授WeiXiong说，他的物理冶金和材料设计实验室领导了这项研究。“我们正在开发的技术可用于制造适合地震建筑、海军舰船、航空航天、核能，甚至石油或氢气运输的材料——所有这些应用都需要坚固而灵活的材料。”

本研究着眼于亚稳态工程的两种机制，可用于制造坚固的韧性合金：相变诱发塑性(TRIP)和孪晶诱发塑性(TWIP)。TRIP和TWIP使用在压力下发生的微观结构变化，这会导致材料中的一些缺陷，从而形成有目的的缺陷，从而提高强度。

“你可以想象塑料与玻璃等材料的强度和延展性。塑料更具延展性和柔韧性：它没有那么坚固，但你可以用手弯曲它，”熊解释说。“玻璃比塑料更坚固，但它的柔韧性也低得多，如果你试图弯曲它就会破裂。这是我们试图用合金克服的折衷——一种兼具强度和延展性的东西。”

为了进行他们的研究，熊与主要作者、物理冶金和材料设计实验室的研究生王欣以及伊利诺伊理工学院和西北大学的研究人员合作。

由该团队的密度泛函理论计算支持的CALPHAD建模提供了可用于开发具有TRIP/TWIP的亚稳合金以增强强度-延展性协同作用的基础知识。它也可以应用于高浓度合金，如钢和镍。

“我们想了解不稳定的微观结构，这样我们就可以预测不稳定性，然后我们可以利用这些缺陷进一步提高强度和伸长率，”Wang说。“然后得到的材料会自我强化——变形，它实际上变得更坚固了。”