Low-cycle fatigue deformation and damage behavior of equiatomic CoCrFeMnNi and CoCrNi alloys

Multi-principle element alloys (MPEAs) sind neuartige metallische Legierungen, welche aus mehreren Hauptelementen bestehen. In den letzten Jahren haben diese Legierungssysteme ein außerordentliches Forschungsinteresse auf sich gezogen. Von besonderem Interesse sind die äquimolaren, kubisch-flächenzentrierten (kfz) Modelllegierungen CoCrFeMnNi sowie CoCrNi, welche eine bemerkenswerte Kombination unterschiedlicher mechanischer Materialeigenschaften aufweisen. Während das Verformungsverhalten unter monotoner mechanischer Belastung bereits tiefgreifend untersucht wurde, ist das Materialverhalten dieser neuen Legierungen unter zyklischer Beanspruchung bisher nur ungenügend erforscht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das niederzyklische Ermüdungsverhalten (low cycle fatigue, LCF) der Modelllegierungen CoCrFeMnNi sowie CoCrNi tiefgreifend zu untersuchen und ein grundsätzliches Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen zu entwickeln. Zunächst wurden das LCF-Verhalten und die Verformungsmechanismen der CoCrFeMnNi Legierung im Falle von zwei unterschiedlichen Korngrößen bei Raumtemperatur und 550 °C systematisch charakterisiert. Zur Beurteilung des Kurzzeitermüdungsverhaltens der Legierung wurden die Wechselverformungskurven sowie Lebensdauern bei unterschiedlichen Totaldehnungsamplituden ermittelt. Die Mikrostrukturentwicklung während der zyklischen Belastung wurde durch detaillierte Untersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) charakterisiert. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden die Einflüsse der Prüf- und Materialparameter (Lastspielzahl, Totaldehnungsamplitude, Temperatur sowie Korngröße und -orientierung) auf die ablaufenden Verformungsmechanismen (mit Schwerpunkt auf den Versetzungsgleitcharakter und -struktur) diskutiert. Darüber hinaus wurden die Ursachen für die Bildung unterschiedlicher Versetzungsstrukturen wie beispielsweise Venen- und Zellstrukturen aufgeklärt. Ferner sind weitere interessante Phänomene („serrated flow“ und Segregationseffekte) sowie die vorherrschenden Schädigungsmechanismen untersucht worden. Ein weiterer Bestandteil der vorliegenden Arbeit ist die Charakterisierung des Kurzzeitermüdungsverhaltens der Modelllegierung CoCrNi im Vergleich zur CoCrFeMnNi-Legierung in Bezug auf das Wechselverformungsverhalten, die Lebensdauer sowie Verformungsmechanismen. Die Gründe für das unterschiedliche Ermüdungsverhalten der beiden Legierungen wurden durch Untersuchungen der Versetzungsstrukturen mittels Transmissionselektronenmikrokopie aufgeklärt. Der Ursprung des unterschiedlichen Ermüdungsverhaltens ist korreliert mit den unterschiedlichen Stapelfehlerenergien der Legierungen, woraus eine Strategie zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von MPEAs abgeleitet wurde. Abschließend sind die ermittelten Daten zur Kurzzeitermüdung der CoCrFeMnNi- und CoCrNi-Legierung mit denen eines konventionellen kubisch-flächenzentrierten (kfz) Stahls sowie denen zweiphasiger MPEAs verglichen worden. Durch den Vergleich mit einem kubisch-flächenzentrierten Stahl konnten potenzielle Merkmale identifiziert werden, die zu den besonderen Ermüdungseigenschaften von MPEAs beitragen. Anhand des Vergleichs der Untersuchungsergebnisse mit dem Ermüdungsverhalten von MPEAs mit zweiphasiger Mikrostruktur wurden weitere effektive Strategien zur Anpassung der Ermüdungsfestigkeit von MPEAs ermittelt. Die vorliegende Arbeit dient damit nicht nur als Referenz zum Verständnis des zyklischen Verformungsverhaltens und der zugrundeliegenden Mechanismen von neuartigen metallischen Legierungen mit mehreren Hauptelementen (MPEAs), sondern gibt auch Aufschluss über Strategien zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit dieser Legierungssysteme

Effective and back stresses evolution upon cycling a high-entropy alloy

We report on the effective and back stresses evolution of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy (HEA) by partitioning its cyclic hysteresis loops. It was found that the cyclic stress response of the HEA predominantly originates from the back stress evolution. Back stress also increases significantly with increasing strain amplitude and reducing grain size. However, the change of effective stress is rather insignificant with altering cycle number, strain amplitude and grain size. This indicates that the effective stress is determined mainly by the lattice friction. Further comparisons to an austenitic steel and a medium-entropy alloy identified the origins of their peculiar cyclic strength. The effective stress and back stress upon cycling a HEA are assessed, both of which are higher than a conventional FCC steel, contributing to the HEA’s higher cyclic strength

Genomic monitoring of SARS-CoV-2 uncovers an Nsp1 deletion variant that modulates type I interferon response

The SARS-CoV-2 virus, the causative agent of COVID-19, is undergoing constant mutation. Here, we utilized an integrative approach combining epidemiology, virus genome sequencing, clinical phenotyping, and experimental validation to locate mutations of clinical importance. We identified 35 recurrent variants, some of which are associated with clinical phenotypes related to severity. One variant, containing a deletion in the Nsp1-coding region (D500-532), was found in more than 20% of our sequenced samples and associates with higher RT-PCR cycle thresholds and lower serum IFN-beta levels of infected patients. Deletion variants in this locus were found in 37 countries worldwide, and viruses isolated from clinical samples or engineered by reverse genetics with related deletions in Nsp1 also induce lower IFN-beta responses in infected Calu-3 cells. Taken together, our virologic surveillance characterizes recurrent genetic diversity and identified mutations in Nsp1 of biological and clinical importance, which collectively may aid molecular diagnostics and drug design.Peer reviewe

Enhanced strength-ductility synergy of a partially recrystallized Al6_6Cr25_{25}Fe34_{34}Ni35_{35} multi-principal element alloy

Co-free and Al-alloyed FCC multi-principal element alloys (MPEAs) have attracted increasing interest due to their low-cost, high potential to show excellent corrosion/oxidation resistance and mechanical properties. Here we report the mechanical deformation behavior of a single face-centered cubic (FCC) and partially recrystallized Al6Cr25Fe34Ni35 (at.%, AlCrFeNi) MPEA at room temperature and 550 °C with comparisons to other model MPEAs (including CoCrFeMnNi, CoCrNi and CrFeNi). The AlCrFeNi alloy exhibits higher strength-ductility synergy than the CoCrFeMnNi MPEA tested at the same conditions, especially at elevated temperature. Besides, it also shows higher yield strength than the CoCrNi and CrFeNi MPEAs. Microstructural investigations unveiled that, the deformed microstructures manifest a high density of dislocations (in the form of tangles and walls/cells). These tangles and walls/cells contributed to the AlCrFeNi\u27s stage I and II strain hardening behaviors, respectively, as well as to the enhanced strength-ductility synergy. Further analyses also pinpointed the origins of higher yield strength in AlCrFeNi than in other MPEAs