Synopsis: Tuning DuctilitySynopsis

Synopsis: Tuning Ductility

Synopsis Image
iStockphoto/narvikk
Tuning Ideal Tensile Strengths and Intrinsic Ductility of bcc Refractory Alloys
Liang Qi and D. C. Chrzan
Phys. Rev. Lett. 112, 115503 (2014)
Published March 19, 2014
Fusion reactors and turbine engines contain components made of metals that are ductile at high temperatures but become brittle and prone to cracking at room temperature. This brittleness can lead to machine failures that are both dangerous and expensive to fix. New theoretical calculations now show that an unexpected route to making certain alloyed metals more ductile at room temperature is to tune their density of conduction electrons.

A brittle metal tends to crack under an applied force, while ductile metals incur a permanent stretch. Which property dominates depends both on the intrinsic crystalline arrangement of the atoms and the presence of defects: brittle materials tend to keep their crystalline symmetry until the moment that they fail; ductile materials instead change from one type of crystalline symmetry to another before structural failure.

Liang Qi and Daryl Chrzan at the University of California, Berkeley, conducted quantum-mechanical modeling of defect-free metals to study how electronic structure affects the brittleness or ductility of certain alloys—specifically those with degenerate electron energy levels. As they report in Physical Review Letters, Qi and Chrzan found that as the Fermi level of the alloy passes through the degenerate energy levels, the crystalline structure distorts and the energy levels split as a result of the distortion. Since symmetry breaking is associated with ductility, tweaking an alloy’s composition so as to shift the density of conduction electrons—and hence the Fermi level—is a way to engineer substances that are ductile at room temperature. As a proof of principle, the authors showed (with calculations) that their strategy works for molybdenum-niobium, an alloy currently being considered for nuclear fuel rods. – Katherine Kornei

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ข้อสรุป: Tuning เกิดความเหนียวโดย

รูปข้อสรุป
iStockphoto/narvikk
ปรับจุดแข็งแรงสะดวกและเกิดความเหนียวโดย Intrinsic ของสำเนาลับถึงโลหะ Refractory
ฉีเหลียงและ D. C. Chrzan
Lett นับย้อนหลัง 112, 115503 (2014)
ประกาศ 19 มีนาคม ปี 2014
เตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นและเครื่องยนต์กังหันประกอบด้วยส่วนประกอบที่ทำจากโลหะที่ ductile ที่อุณหภูมิสูง แต่จะเปราะ และมีแนวโน้มที่จะแตกที่อุณหภูมิห้อง เปราะนี้สามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของเครื่องจักรที่อันตราย และการแก้ไข คำนวณทฤษฎีใหม่ขณะนี้แสดงว่า กระบวนการผลิตที่ไม่คาดคิดจะทำบาง alloyed ductile มากที่อุณหภูมิห้องโลหะเป็นการ ปรับแต่งความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจึง

โลหะเปราะมีแนวโน้มที่จะ แตกภายใต้การบังคับใช้ ในขณะที่โลหะ ductile ใช้ยืดถาวร คุณสมบัติที่กุมอำนาจขึ้นอยู่ทั้งในการจัดเรียงผลึก intrinsic อะตอมและสถานะของข้อบกพร่อง: วัสดุเปราะมักจะ ทำให้สมมาตรของผลึกจนถึงเวลาที่พวกเขาล้มเหลว วัสดุ ductile แทนเปลี่ยนจากชนิดของผลึกสมมาตรอีกก่อนโครงสร้างความล้มเหลว

ฉีเหลียงและ Daryl Chrzan ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ สร้างโมเดลเครื่องกลควอนตัมดำเนินของโลหะที่ปราศจากข้อบกพร่องเพื่อศึกษาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ว่ามีผลต่อการเปราะหรือเกิดความเหนียวโดยของโลหะบางตัวโดยเฉพาะผู้ที่ มีระดับพลังงานของอิเล็กตรอน degenerate ขณะที่พวกเขารายงานตัวตรวจสอบทางกายภาพ ฉีและ Chrzan พบว่า เป็นพลังงานแฟร์มีการ ระดับของโลหะผสมผ่านระดับพลังงาน degenerate distorts การโครงสร้างผลึก และระดับพลังงานแบ่งผลบิดเบี้ยว สมมาตรแบ่งเป็นเกี่ยวข้องกับเกิดความเหนียวโดย tweaking ส่วนประกอบของโลหะผสมการเพื่อเปลี่ยนความหนาแน่นของอิเล็กตรอนการนำ — และดังนั้นระดับพลังงานแฟร์มี — วิธีการวิศวกรสารที่ ductile ที่อุณหภูมิห้อง หลักฐานของหลัก ผู้เขียนพบกับคำนวณ) ว่า กลยุทธ์การทำงานสำหรับไนโอเบียมโมลิบดีนัม โลหะผสมขณะนี้กำลังพิจารณาสำหรับแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ – Kornei แคทเธอรีน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทสรุป: การปรับแต่งความเหนียวสรุปภาพiStockphoto / narvikk จุดแข็งการปรับแต่งที่ดีที่สุดแรงดึงและความเหนียวที่แท้จริงของ BCC ทนไฟโลหะผสมอเหลียงฉีและ DC Chrzan สรวง รายได้เลท 112, 115,503 (2014) เผยแพร่ 19 มีนาคม 2014 เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นและเครื่องยนต์กังหันมีส่วนประกอบที่ทำจากโลหะที่มีความเหนียวที่อุณหภูมิสูง แต่กลายเป็นเปราะและมีแนวโน้มที่จะแตกที่อุณหภูมิห้อง เปราะบางนี้สามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของเครื่องที่มีทั้งที่เป็นอันตรายและมีราคาแพงในการแก้ไขปัญหา การคำนวณทางทฤษฎีใหม่ในขณะนี้แสดงให้เห็นว่าเส้นทางที่ไม่คาดคิดที่จะทำให้โลหะอัลลอยด์บางเหนียวกว่าที่อุณหภูมิห้องคือการปรับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนการนำโลหะเปราะมีแนวโน้มที่จะแตกภายใต้แรงกระทำในขณะที่โลหะดัดเสียยืดถาวร ซึ่งทรัพย์สินปกครองขึ้นอยู่กับทั้งการจัดผลึกที่แท้จริงของอะตอมและการปรากฏตัวของข้อบกพร่องวัสดุเปราะมีแนวโน้มที่จะให้ความสมมาตรผลึกของพวกเขาจนถึงขณะที่พวกเขาล้มเหลว; วัสดุที่เหนียวแทนที่จะเปลี่ยนจากประเภทหนึ่งของสมมาตรผลึกไปอีกก่อนที่จะล้มเหลวของโครงสร้างเหลียงฉีและดาริล Chrzan ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ดำเนินการสร้างแบบจำลองควอนตัมกลของโลหะปราศจากข้อบกพร่องในการศึกษาว่าโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ส่งผลกระทบต่อความเปราะหรือเหนียวของ บางโลหะผสมเฉพาะผู้ที่มีระดับพลังงานอิเล็กตรอนเลว ขณะที่พวกเขารายงานในการทบทวนทางกายภาพตัวอักษรฉีและ Chrzan พบว่าเป็นแฟร์ระดับของโลหะผสมผ่านระดับพลังงานเลวโครงสร้างผลึกบิดเบือนและระดับพลังงานที่แยกเป็นผลมาจากการบิดเบือน ตั้งแต่ทำลายสมมาตรมีความสัมพันธ์กับความเหนียว, ปรับแต่งองค์ประกอบของโลหะผสมเพื่อที่จะเปลี่ยนความหนาแน่นของการนำอิเล็กตรอนและด้วยเหตุนี้แฟร์ระดับเป็นวิธีในการสร้างสารที่มีความเหนียวที่อุณหภูมิห้อง เป็นหลักฐานของหลักการเขียนที่แสดงให้เห็น (ด้วยการคำนวณ) ที่กลยุทธ์ของพวกเขาทำงานให้กับโมลิบดีนัมไนโอเบียมผสมในปัจจุบันได้รับการพิจารณาสำหรับแท่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - แคทเธอรี Kornei

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เรื่องย่อ : เรื่องย่อภาพปรับความเหนียว


istockphoto / narvikk
ปรับแรงดึงจุดแข็ง และเหมาะในความเหนียวของ BCC วัสดุทนไฟโลหะ
เหลียงฉีและ   C chrzan
ว. . บาทหลวง หนังสือ 112 115503 ( 2014 )

ที่ 19 มีนาคม 2014เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นและเครื่องยนต์กังหันมีชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะที่อ่อนที่อุณหภูมิสูงแต่กลายเป็นเปราะ และเสี่ยงที่จะแตกที่อุณหภูมิห้อง เปราะบางนี้สามารถนําเครื่องล้มเหลวที่ทั้งอันตรายและราคาแพงในการแก้ไขปัญหาการคำนวณทฤษฎีใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าเส้นทางที่ไม่คาดคิดที่จะทำให้บางโลหะผสมโลหะอ่อนที่อุณหภูมิห้องคือการปรับความหนาแน่นของอิเล็กตรอน .

โลหะที่เปราะจึงแตกภายใต้การใช้บังคับในขณะที่ดัดโลหะเกิดการยืดถาวรคุณสมบัติการควบคุม ซึ่งจะขึ้นอยู่กับทั้งการจัดเรียงผลึกในอะตอมและสถานะของข้อบกพร่อง : วัสดุเปราะมักจะให้สมมาตรผลึกของพวกเขาจนกว่าจะถึงเวลาที่พวกเขาล้มเหลว ; วัสดุ ductile แทนเปลี่ยนจากประเภทหนึ่งไปยังอีก ก่อนที่ผลึกสมมาตรโครงสร้างวิบัติ

เหลียงฉีและ Daryl chrzan ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ,โดยควอนตัมเชิงกลแบบของเสียโลหะฟรี เพื่อศึกษาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์มีผลต่อความเปราะบางหรือความเหนียวของโลหะโดยเฉพาะผู้ที่มีการอิเล็กตรอนพลังงานระดับ ตามที่รายงานในจดหมายตรวจสอบทางกายภาพ และชิ chrzan พบว่าเป็นแฟร์ระดับของโลหะผสมผ่านการระดับของพลังงานโครงสร้างของผลึกหักเหและพลังงานระดับแยกเป็นผลของการบิดเบือน เนื่องจากการทำลายสมมาตรเกี่ยวข้องกับความเหนียว การปรับเปลี่ยนองค์ประกอบของโลหะผสมเพื่อเปลี่ยนความหนาแน่นของอิเล็กตรอนและด้วยเหตุนี้การแฟร์ระดับ เป็นวิธีการที่วิศวกรสารเหนียวที่อุณหภูมิห้อง เป็นหลักฐานของหลักการผู้เขียนพบว่า ( การ ) กลยุทธ์ของพวกเขาทำงานสำหรับโมลิบดีนัมไนโอเบียม อัลลอยด์ที่กำลังถือแท่งนิวเคลียร์ kornei ) แคทเธอรีน