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Giant segregation transition as origin of liquid metal embrittlement in the Fe-Zn system

  • A giant Zn segregation transition is revealed using CALPHAD-integrated density-based modeling of segregation into Fe grain boundaries (GBs). The results show that above a threshold of only a few atomic percent Zn in the alloy, a substantial amount of up to 60 at.% Zn can segregate to the GB. We found that the amount of segregation abruptly increases with decreasing temperature, while the Zn content in the alloy required for triggering the segregation transition decreases. Direct evidence of the Zn segregation transition is obtained using high-resolution scanning transmission electron microscopy. Base on the model, we trace the origin of the segregation transition back to the low cohesive energy of Zn and a miscibility gap in Fe-Zn GB, arising from the magnetic ordering effect, which is confirmed by ab-initio calculations. We also show that the massive Zn segregation resulting from the segregation transition greatly assists with liquid wetting and reduces the work of separation alongA giant Zn segregation transition is revealed using CALPHAD-integrated density-based modeling of segregation into Fe grain boundaries (GBs). The results show that above a threshold of only a few atomic percent Zn in the alloy, a substantial amount of up to 60 at.% Zn can segregate to the GB. We found that the amount of segregation abruptly increases with decreasing temperature, while the Zn content in the alloy required for triggering the segregation transition decreases. Direct evidence of the Zn segregation transition is obtained using high-resolution scanning transmission electron microscopy. Base on the model, we trace the origin of the segregation transition back to the low cohesive energy of Zn and a miscibility gap in Fe-Zn GB, arising from the magnetic ordering effect, which is confirmed by ab-initio calculations. We also show that the massive Zn segregation resulting from the segregation transition greatly assists with liquid wetting and reduces the work of separation along the GB. The current predictions suggest that control over Zn segregation, by both alloy design and optimizing the galvanization and welding processes, may offer preventive strategies against liquid metal embrittlement.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Reza Darvishi KamachaliORCiD, Theophilius Wallis, Yuki Ikeda, U. Saikia, A. Ahmadian, C. Liebscher, Tilmann Hickel, Robert Maaß
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Scripta Materialia
Jahr der Erstveröffentlichung:2024
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.5 Materialmodellierung
6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.4 Materialinformatik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier
Verlagsort:Amsterdam
Jahrgang/Band:238
Aufsatznummer:115758
Erste Seite:1
Letzte Seite:5
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:CALPHAD; Density-based Model; Grain boundary engineering; Microstructure Design; Segregation Engineering; Steels
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Degradation von Werkstoffen
Material / Materialdesign
DOI:10.1016/j.scriptamat.2023.115758
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-584292
ISSN:1359-6462
ISSN:1872-8456
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:26.09.2023
Referierte Publikation:Nein
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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