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Grain boundary structural variations amplify segregation transition and stabilize co-existing spinodal interfacial phases

  • Grain boundaries (GBs)’s role in determining the functional and mechanical properties of polycrystalline materials is inscribed in both their structure and chemistry. Upon solute segregation, the structure and composition of a GB can change concurrently. We study the co-evolution of GB’s structure and segregation by enhancing the density-based phase-field model to account for the in-plane structural variations in the GB. Significant mutual coupling is revealed between the GB’s chemical and structural states during Mn segregation in Fe-Mn alloys. We found that the structural degrees of freedom in a GB (the ability of the GB structure to respond to the chemical variation) amplifies Mn segregation transition, even when the GB structure stays unchanged. When the GB structure is not uniform, that is the usual case, the coupling between GB structure and segregation evolution also enables the spinodally formed low- and high-Mn phases (upon segregation transition) to co-exist within the GBGrain boundaries (GBs)’s role in determining the functional and mechanical properties of polycrystalline materials is inscribed in both their structure and chemistry. Upon solute segregation, the structure and composition of a GB can change concurrently. We study the co-evolution of GB’s structure and segregation by enhancing the density-based phase-field model to account for the in-plane structural variations in the GB. Significant mutual coupling is revealed between the GB’s chemical and structural states during Mn segregation in Fe-Mn alloys. We found that the structural degrees of freedom in a GB (the ability of the GB structure to respond to the chemical variation) amplifies Mn segregation transition, even when the GB structure stays unchanged. When the GB structure is not uniform, that is the usual case, the coupling between GB structure and segregation evolution also enables the spinodally formed low- and high-Mn phases (upon segregation transition) to co-exist within the GB region. These findings explain the stabilizing mechanism of pronounced interfacial segregation fluctuations, experimentally evidenced in Fe-Mn GBs, and give new insights on the structural sensitivity of GBs’ segregation phenomena and the mutual chemo-structural interplay.zeige mehrzeige weniger

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  • 2022_Grain boundary structural variations amplify segregation transition.pdf
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Autor*innen:Theophilus Wallis, Reza Darvishi KamachaliORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Acta Materialia
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.5 Materialmodellierung
Verlag:Elsevier Ltd.
Jahrgang/Band:242
Aufsatznummer:118446
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Fe-Mn steels; Grain boundary engineering; Grain boundary structure; Segregation engineering
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Degradation von Werkstoffen
Material / Materialdesign
DOI:10.1016/j.actamat.2022.118446
ISSN:1359-6454
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:03.11.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:30.01.2023
Paper des Monats:Ja
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