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Tracking maze-like hierarchical phase separation behavior in a Fe-Si-V alloy

  • Optimizing the properties of next-generation high-temperature and corrosion-resistant alloys is rooted in balancing structure-property relationships and phase chemistry. Here, we implement a complementary approach based on transmission electron microscopy (TEM) and atom probe tomography (APT) to ascertain aspects of hierarchical phase separation behavior, by understanding the microstructural evolution and the three-dimensional (3D) nanochemistry of a single crystal Fe79.5Si15.5V5.0 (at%) alloy. A maze-like hierarchical microstructure forms, in which a complex network of metastable disordered α plates (A2 phase) emerges within ordered α1 precipitates (D03 phase). The supersaturation in α1 (D03) precipitates with Fe and V drives the formation of α (A2) plates. The morphology of α (A2) plates is discussed concerning crystal structure, lattice misfit, and elastic strain. Phase compositions and a ternary phase diagram aid the thermodynamic assessment of the hierarchical phase separationOptimizing the properties of next-generation high-temperature and corrosion-resistant alloys is rooted in balancing structure-property relationships and phase chemistry. Here, we implement a complementary approach based on transmission electron microscopy (TEM) and atom probe tomography (APT) to ascertain aspects of hierarchical phase separation behavior, by understanding the microstructural evolution and the three-dimensional (3D) nanochemistry of a single crystal Fe79.5Si15.5V5.0 (at%) alloy. A maze-like hierarchical microstructure forms, in which a complex network of metastable disordered α plates (A2 phase) emerges within ordered α1 precipitates (D03 phase). The supersaturation in α1 (D03) precipitates with Fe and V drives the formation of α (A2) plates. The morphology of α (A2) plates is discussed concerning crystal structure, lattice misfit, and elastic strain. Phase compositions and a ternary phase diagram aid the thermodynamic assessment of the hierarchical phase separation mechanism via the Gibbs energy of mixing. A perspective on the stabilization of hierarchical microstructures beyond Fe79.5Si15.5V5.0 is elaborated by comparing hierarchical alloys. We find that the ratio of elastic anisotropy (Zener ratio) serves as a predictor of the hierarchical particles’ morphology. We suggest that the strengthening effect of hierarchical microstructures can be harnessed by improving the temporal and thermal stability of hierarchical particles. This can be achieved through phase-targeted alloying aiming at the hierarchical particles phase by considering the constituents partitioning behavior. Beyond Fe79.5Si15.5V5.0, our results demonstrate a potential pathway for improving the properties of high-temperature structural materials.zeige mehrzeige weniger

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  • Vogel-Tracking hierarchical phase sep behavior in Fe-Si-V alloy-JAllComp2023.pdf
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Autor*innen:F. Vogel, S. Ngai, X. Y. Zhou, E. Zaiser, Anna Maria ManzoniORCiD, Y. Wu, W. W. Zheng, P. Zhang, G. B. Thompson
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of Alloys and Compounds
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation
Verlag:Elsevier B.V.
Jahrgang/Band:968
Aufsatznummer:172157
Erste Seite:1
Letzte Seite:17
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Atom probe tomography; Hierarchical microstructure; Phase separation; Transmission electron microscopy
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.172157
ISSN:0925-8388
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:20.09.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:30.10.2023
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