Висока чврстоћа течења и затезна пластичност су кључни за инжењерске примене металних материјала. Тренутно, само неколико челика ултра-високе-челике постижу границу течења (σи) од 2 ГПа. Међутим, недостаје им довољан капацитет радног очвршћавања током пластичне деформације, што доводи до тога да се уједначена деформација пријављена у стандардним једноосним тестовима затезања састоји од назубљеног пластичног тока узрокованог локализованим деформационим тракама, а не истинским уједначеним издужењем (ɛу). Ови челици ултра{6}}високе-, као што су марежни челици, обично имају веома ниско једнолично издужење (нпр. ɛу ~ 5%). Иако класични механизам ојачања друге{12}}фазе може ефикасно да побољша границу течења материјала, ниво ојачања је ограничен малим запреминским уделом друге фазе у легури (често < 50 вол.%), што доводи до оштрог смањења затезне пластичности. Због тога је пројектовање легура са граном течења σи ~ 2 ГПа и уједначеним издужењем ɛу знатно већим од 10% велики изазов у науци о материјалима.
Као одговор на горе наведене изазове, професор Зханг Јиниу, професор Ма Ен и академик Сун Јун из Националне кључне лабораторије за чврстоћу металног материјала на Универзитету Кси'ан Јиаотонг предложили су употребу преципитата интерметалних једињења ултра{0}}велике запреминске фракције, односно кохерентног Л12 нано-фазе ниског модула Л12 и ниског модула нано-модула и ојачања ФЦ не-кохе пластичне фазе богата матрица легуре комплекса гвожђа на основу њихових претходних достигнућа (Ацта Матер, 2022, 233: 117981; Сцрипта Матер, 2023, 222: 115058). Да би се постигла ултра{10}}висока чврстоћа и велика уједначена затезна дуктилност на собној температури, концепт дизајна ове легуре је: и) да се повећа њена чврстоћа са великим запреминским уделом кохерентне Л12 нано фазе са високом граничном енергијом домена инверзије, и ии) да се уведе велики запремински удео ниског модула некохерентне Б2 микро фазе; С једне стране, некохерентни интерфејси су ефикаснији у ометању кретања дислокације и побољшању јачине течења од кохерентних интерфејса. С друге стране, увођење вишеструких легирајућих елемената смањује границу антифазног домена Б2 како би се повећала његова пластичност, омогућавајући овим честицама да делују као јединице за складиштење дислокација и побољшају способност очвршћавања.
Концепт дизајна легура са више основних елемената резултира огромним простором за избор композиције за сложене легуре, што представља потешкоће без преседана за пројектовање легура високих{0}}перформанси заснованих на традиционалним методама „покушаја и грешке“. У том циљу, чланови тима су спровели скрининг компоненти користећи методе машинског учења потпомогнуте знањем из домена. Најзначајније синергијско легирање елемента Та (уместо елемента Ти) постигнуто је преко лаког елемента високе растворљивости Ал и Л12 супротних граница фазног домена, што је резултирало комплексном легуром Фе35Ни29Цо21Ал12Та3 (ат.%) са ојачаном Л12+Б2 фазом преципитације (Слика 1). Запремински удео Л12 нано фазе (богата Ал, Та) и Б2 микро фазе (богата Ал, сиромашна Та) износила је ~67 вол.% и ~15 вол.%, респективно. И кохерентни Л12/ФЦЦ интерфејс и некохерентни Б2/ФЦЦ интерфејс су били у стању да снажно интерагују са дислокацијама (Слика 2). Не само да може да генерише дислокације, већ може и да складишти дислокације, посебно фаза ниског модула Б2 микрона може да се упореди са (ФЦЦ+Л12) Већа густина дислокација ускладиштених у матрици (слика 3) значајно побољшава перформансе легуре при очвршћавању, чиме се побољшава њен принос/затезна чврстоћа и неограничена затезна чврстоћа. комбинација чврстоће пластичности на собној температури, знатно боља од свих до сада пријављених легура (Слика 4). Стратегија дизајна легуре коју је предложио тим такође пружа нове идеје за дизајн других легура високих{31}}учинака.
Слика 1. (а) Модел машинског учења заснованог на знању у домену (који се састоји од шест активних циклуса учења) предвиђа комплексну легуру ФеНиЦоАлТа са супер пластичношћу. (б) Теоријска предвиђена граница течења је у складу са експериментално измереном граном течења, потврђујући поузданост модела машинског учења. (ц) Однос између експериментално измерене границе течења и броја итерација модела открива оптимални састав комплексне легуре Фе35Ни29Цо21Ал12Та3.
Слика 2. (а-д) Деформација на собној температури и карактеристике интерфејса комплексне легуре Фе35Ни29Цо21Ал12Та3 са трофазном структуром, тј. дислокације могу да пресеку Л12 нано фазу и складиште у Б2 микро фази ниског модула. Дислокације постоје и на Л12/ФЦЦ кохерентном и Б2/ФЦЦ некохерентном интерфејсу; (е) Анализа атомске сонде хемијског састава и карактеристика дистрибуције комплексних легура, као и елементарног састава вишенамјенске Л12 нано фазе и Б2 микро фазе.
Слика 3. Еволуција густине дислокација сваке конститутивне фазе у комплексној легури Фе35Ни29Цо21Ал12Та3 са деформацијом (а1-д1) ε=0, (а2-д2) ε=8%, и (а3-д3) ε=20}%, што указује на то да модул дислокације Б2 микроден може да складишти већи од Б2 микрон. (ФЦЦ+Л12) матрица.
Слика 4. (а-б) Инжењерске криве напрезања-деформација и истинског напрезања-деформација сложених легура различитих састава, (ц) Поређење перформанси радног очвршћавања комплексне легуре Фе35Ни29Цо21Ал12Та3 са другим ултра{10}}еликим ултра{10}}еликима високе чврстоће од 2ГПа (челик високе чврстоће, метални челик високе чврстоће легуре), и (д, е) Поређење усклађености чврстоће течења са једноличним истезањем и поклапањем чврстоће пластичног производа сложене легуре Фе35Ни29Цо21Ал12Та3 са другим металним материјалима. Комбинација механичких својстава на собној температури је значајно боља од осталих пријављених металних материјала.
Налази истраживања објављени су на интернету у часопису Натуре под насловом „Машинско учење дизајна дуктилних ФеНиЦоАлТа легура високе чврстоће“. Иасир Сохаил и Зханг Цхонгле, докторанди са Факултета за науку о материјалима и инжењеринг на Универзитету Кси'ан Јиаотонг, први су и други аутори рада, респективно. Професори Зханг Јиниу, Маркс и академик Сун Јун су кореспондентни аутори рада. У раду су учествовали и професори Лиу Ганг, Ксуе Дезхен, ванредни професор Јанг Јанг и докторанти Џанг Донгдонг, Гао Шаохуа, Фан Сјаоксуан и Џанг Ханг. Национална кључна лабораторија за чврстоћу металног материјала на Универзитету Кси'ан Јиаотонг је једина јединица за комуникацију и завршетак овог рада. Овај посао је први пут да су страни студенти са Факултета за науку о материјалима на Универзитету Кси'ан Јиаотонг објавили чланак о природи као први аутор. Овај рад је финансиран од Националне фондације за природне науке Кине, 111 Талент Интродуцтион Басе, Пројекта тима за иновације у науци и технологији провинције Схаанки и Фонда за основна истраживања Централног универзитета. Рад на карактеризацији и тестирању добио је снажну подршку од Заједничког центра за анализу и тестирање Универзитета Си'ан Јиаотонг, Експерименталног технолошког центра Школе науке о материјалима и Шангајског извора светлости.