Published October 19, 2015
| Version v1
Publication
Open
Phase Transformation in Tantalum under Extreme Laser Deformation
Creators
- 1. University of California, San Diego
- 2. Lawrence Livermore National Laboratory
- 3. National University of Cuyo
Description
Abstract The structural and mechanical response of metals is intimately connected to phase transformations. For instance, the product of a phase transformation (martensite) is responsible for the extraordinary range of strength and toughness of steel, making it a versatile and important structural material. Although abundant in metals and alloys, the discovery of new phase transformations is not currently a common event and often requires a mix of experimentation, predictive computations and luck. High-energy pulsed lasers enable the exploration of extreme pressures and temperatures, where such discoveries may lie. The formation of a hexagonal (omega) phase was observed in recovered monocrystalline body-centered cubic tantalum of four crystallographic orientations subjected to an extreme regime of pressure, temperature and strain-rate. This was accomplished using high-energy pulsed lasers. The omega phase and twinning were identified by transmission electron microscopy at 70 GPa (determined by a corresponding VISAR experiment). It is proposed that the shear stresses generated by the uniaxial strain state of shock compression play an essential role in the transformation. Molecular dynamics simulations show the transformation of small nodules from body-centered cubic to a hexagonal close-packed structure under the same stress state (pressure and shear).
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ترتبط الاستجابة الهيكلية والميكانيكية للمعادن ارتباطًا وثيقًا بتحولات الطور. على سبيل المثال، منتج تحويل الطور (مارتينسيت) مسؤول عن النطاق الاستثنائي لقوة وصلابة الفولاذ، مما يجعله مادة هيكلية متعددة الاستخدامات ومهمة. على الرغم من وفرة المعادن والسبائك، فإن اكتشاف تحولات الطور الجديد ليس حاليًا حدثًا شائعًا وغالبًا ما يتطلب مزيجًا من التجريب والحسابات التنبؤية والحظ. تتيح أشعة الليزر النبضية عالية الطاقة استكشاف الضغوط ودرجات الحرارة القصوى، حيث قد تكمن مثل هذه الاكتشافات. لوحظ تكوين طور سداسي (أوميغا) في التنتالوم المكعب أحادي البلورة المسترد المتمركز حول الجسم لأربعة اتجاهات بلورية تخضع لنظام شديد من الضغط ودرجة الحرارة ومعدل الانفعال. تم تحقيق ذلك باستخدام أشعة الليزر النبضية عالية الطاقة. تم تحديد مرحلة الأوميغا والتوأمة عن طريق المجهر الإلكتروني للإرسال عند 70 جيجا باسكال (تم تحديدها من خلال تجربة VISAR المقابلة). يُقترح أن تلعب ضغوط القص الناتجة عن حالة الانفعال أحادي المحور لضغط الصدمة دورًا أساسيًا في التحول. تُظهر محاكاة الديناميكا الجزيئية تحول العقيدات الصغيرة من بنية مكعبة تتمحور حول الجسم إلى بنية سداسية مغلقة تحت نفس حالة الإجهاد (الضغط والقص).Translated Description (French)
Résumé La réponse structurelle et mécanique des métaux est intimement liée aux transformations de phase. Par exemple, le produit d'une transformation de phase (martensite) est responsable de l'extraordinaire gamme de résistance et de ténacité de l'acier, ce qui en fait un matériau structurel polyvalent et important. Bien qu'abondante en métaux et alliages, la découverte de nouvelles transformations de phase n'est actuellement pas un événement courant et nécessite souvent un mélange d'expérimentation, de calculs prédictifs et de chance. Les lasers pulsés à haute énergie permettent l'exploration de pressions et de températures extrêmes, où de telles découvertes peuvent se trouver. La formation d'une phase hexagonale (oméga) a été observée dans du tantale cubique monocristallin récupéré centré sur le corps de quatre orientations cristallographiques soumises à un régime extrême de pression, de température et de vitesse de déformation. Ceci a été accompli en utilisant des lasers pulsés à haute énergie. La phase oméga et le jumelage ont été identifiés par microscopie électronique à transmission à 70 GPa (déterminée par une expérience VISAR correspondante). Il est proposé que les contraintes de cisaillement générées par l'état de déformation uniaxiale de la compression de choc jouent un rôle essentiel dans la transformation. Les simulations de dynamique moléculaire montrent la transformation de petits nodules d'une structure cubique centrée sur le corps en une structure hexagonale compacte sous le même état de contrainte (pression et cisaillement).Translated Description (Spanish)
Resumen La respuesta estructural y mecánica de los metales está íntimamente relacionada con las transformaciones de fase. Por ejemplo, el producto de una transformación de fase (martensita) es responsable de la extraordinaria gama de resistencia y tenacidad del acero, lo que lo convierte en un material estructural versátil e importante. Aunque abundante en metales y aleaciones, el descubrimiento de nuevas transformaciones de fase no es actualmente un evento común y a menudo requiere una mezcla de experimentación, cálculos predictivos y suerte. Los láseres pulsados de alta energía permiten la exploración de presiones y temperaturas extremas, donde pueden encontrarse tales descubrimientos. Se observó la formación de una fase hexagonal (omega) en el tántalo cúbico monocristalino centrado en el cuerpo recuperado de cuatro orientaciones cristalográficas sometidas a un régimen extremo de presión, temperatura y velocidad de deformación. Esto se logró utilizando láseres pulsados de alta energía. La fase omega y el hermanamiento se identificaron mediante microscopía electrónica de transmisión a 70 GPa (determinada por un experimento VISAR correspondiente). Se propone que los esfuerzos cortantes generados por el estado de deformación uniaxial de la compresión de choque juegan un papel esencial en la transformación. Las simulaciones de dinámica molecular muestran la transformación de pequeños nódulos de cúbicos centrados en el cuerpo a una estructura hexagonal compacta bajo el mismo estado de tensión (presión y cizallamiento).Files
srep15064.pdf.pdf
Files
(3.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9f237f9602bc9b643a7317f7573ed46b
|
3.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحول الطوري في التنتالوم تحت التشوه الشديد بالليزر
- Translated title (French)
- Transformation de phase dans le tantale sous déformation laser extrême
- Translated title (Spanish)
- Transformación de fase en tantalio bajo deformación láser extrema
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1786516575
- DOI
- 10.1038/srep15064
References
- https://openalex.org/W1965713269
- https://openalex.org/W1965915393
- https://openalex.org/W1966627416
- https://openalex.org/W1976389711
- https://openalex.org/W1993887696
- https://openalex.org/W1999742492
- https://openalex.org/W2002934035
- https://openalex.org/W2015625491
- https://openalex.org/W2016144900
- https://openalex.org/W2018362024
- https://openalex.org/W2018691453
- https://openalex.org/W2019465613
- https://openalex.org/W2033432830
- https://openalex.org/W2042059921
- https://openalex.org/W2047968138
- https://openalex.org/W2055834626
- https://openalex.org/W2057855436
- https://openalex.org/W2066835858
- https://openalex.org/W2066849838
- https://openalex.org/W2082209842
- https://openalex.org/W2082434143
- https://openalex.org/W2090962626
- https://openalex.org/W2101906028
- https://openalex.org/W2126576281
- https://openalex.org/W2130579367
- https://openalex.org/W2137356132
- https://openalex.org/W2137751080
- https://openalex.org/W2140435848
- https://openalex.org/W2148537728
- https://openalex.org/W2150882341
- https://openalex.org/W2162657544
- https://openalex.org/W2314201347
- https://openalex.org/W2321922897
- https://openalex.org/W2326415367
- https://openalex.org/W3103133276
- https://openalex.org/W4253413126