In this paper, the effects of precipitates and Mn-solute atoms on the recrystallization behavior of an Al-Mn alloy was studied using micro-Vickers hardness, electrical conductivity measurements and optical microscopy. Various thermo-mechanical processes were designed to investigate the different morphologies, and the solute concentration, of Mn in the matrix. The results indicate that the recrystallization temperature, $T_R$ and time, $t_R$, are influenced by the amount of M-solute atoms in the matrix, and that the recrystallization microstructure is influenced by the amount of precipitates. Recrystallization in the Slow-Cooling specimen was rapid due to its low concentration of Mn-solute atoms, and the crystal-grain size was the smallest due to finely distributed precipitates. However, in the case of the No-Holding specimen, elongated grains were observed at the low annealing temperature and the largest recrystallized grains were observed at the high annealing temperatures (compared with Slow-Cooling and Base specimens) due to the high Mn-solute atoms in the matrix.
The precipitation of solutes is a major cause of irradiation hardening and embrittlement limiting the service life of reactor pressure vessel (RPV) steels. Impurities play a significant role in the formation of precipitation in RPV materials. In this study, the effects of carbon on cluster formation and irradiation hardening were investigated in an RPV alloy Fe-1.35Mn-0.75Ni using C and Fe ions irradiation at 290 ℃. Nanoindentation results showed that C ion irradiation led to less hardening below 1.0 dpa, with hardening continuing to increase gradually at higher doses, while it was saturated under Fe ion irradiation. Atom probe tomography revealed a broad size distribution of Ni-Mn clusters under Fe ion irradiation, contrasting a narrower size distribution of small Ni-Mn clusters under C ion irradiation. Further analysis indicated the influence of carbon on the cluster formation, with solute-precipitated defects dominating under C ion irradiation but interstitial clusters dominating under Fe ion irradiation. Simulations suggested that carbon significantly affected solute nucleation, with defect clusters displaying smaller size and higher density as carbon concentration increased. The higher hardening at doses above 1.0 dpa was attributed to a substantial increase in the number density of defect clusters when carbon was present in the matrix.
Myungjae Kim;Jongwook Kwak;Jiwoong Kim;Kyung-Nam Kim
Korean Journal of Materials Research
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v.33
no.10
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pp.422-429
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2023
High-strength low-alloy steel is one of the widely used materials in onshore and offshore plant engineering. We investigated the alloying effect of solute atoms in α-Fe based alloy using ab initio calculations. Empirical equations were used to establish the effect of alloying on the Vicker's hardness, screw energy coefficient, and edge dislocation energy coefficient of the steel. Screw and edge energy coefficients were improved by the addition of V and Cr solute atoms. In addition, the addition of trace quantities of V, Cr, and Mn enhanced abrasion resistance. Solute atoms and contents with excellent mechanical properties were selected and their thermal conductivity and thermal expansion behavior were investigated. The addition of Cr atom is expected to form alloys with low thermal conductivity and thermal expansion coefficient. This study provides a better understanding of the state-of-the-art research in low-alloy steel and can be used to guide researchers to explore and develop α-Fe based alloys with improved properties, that can be fabricated in smart and cost-effective manners.
Jianyang Li;Chonghong Zhang;Ignacio Martin-Bragado;Yitao Yang;Tieshan Wang
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.3
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pp.958-967
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2023
This work studies the defect features in a dilute FeMnNi alloy by an Object Kinetic Monte Carlo (OKMC) model based on the "grey-alloy" method. The dose rate effect is studied at 573 K in a wide range of dose rates from 10-8 to 10-4 displacement per atom (dpa)/s and demonstrates that the density of defect clusters rises while the average size of defect clusters decreases with increasing dose rate. However, the dose-rate effect decreases with increasing irradiation dose. The model considered two realistic mechanisms for producing <100>-type self-interstitial atom (SIA) loops and gave reasonable production ratios compared with experimental results. Our simulation shows that the proportion of <100>-type SIA loops could change obviously with the dose rate, influencing hardening prediction for various dose rates irradiation. We also investigated ways to compensate for the dose rate effect. The simulation results verified that about a 100 K temperature shift at a high dose rate of 1×10-4 dpa/s could produce similar irradiation microstructures to a lower dose rate of 1×10-7 dpa/s irradiation, including matrix defects and deduced solute migration events. The work brings new insight into the OKMC modeling and the dose rate effect of the Fe-based alloys.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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