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Strong size effect on deformation twin-me diate d plasticity in body-centered-cubic iron

Journal of Materials Science & Technology 2023年第13期144卷 235-242页

作者： Ligong Zhao Guoxujia Chen He Zheng Shuangfeng Jia Kaixuan Li Renhui Jiang Lei Li Ying Zhang Huayu Peng Peili Zhao Ziyang Huang Jianbo Wang School of Physics and Technology Center for Electron MicroscopyMOE Key Laboratory of Artificial Micro-and Nano-structuresand Institute for Advanced StudiesWuhan UniversityWuhan 430072China Suzhou Institute of Wuhan University SuzhouJiangsu 215123China Wuhan University Shenzhen Research Institute ShenzhenGuangdong 518057China

Deformation twinning serves as an important mode of plastic dissipation processes in nanoscale body-centered cubic(BCC)metals,but its origin and spatio-temporal features are mysterious.Here,applying in situ tensile experiments,we report a strong size effect on mediating the twinning behaviors and twin boundary(TB)-dislocation interaction mechanisms in BCC iron(Fe)nanowires(NWs).There exists a critical diameter(d)of∼2.5 nm,above which the deformation twinning rather than dislocation slip dominates the plasticity.Unlike the traditional reflection TBs,the intermediate isosceles TBs are consis-tently observed as mediated by the 1/12partial dislocations.Moreover,we uncover two distinct TB-related deformation mechanisms,including twin variant re-orientation and TB cracking for NWs with d17 nm,respectively.Further molecular dynamics and statics simulations provide the basic underlying mechanisms for size-dependent plasticity,which have been largely overlooked in previous experimental investigations.Our findings highlight the importance of grain size in mediating the deformation behaviors in Fe,serving as possible guidance for exploring single-crystalline and poly-crystalline Fe-based materials(e.***.steel)with optimized mechanical performance.

关键词： Size effect Full dislocation,Isosceles twin boundary twin variant rotation TB cracking

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