8
Mechanically alloyed metals H. K. D. H. Bhadeshia Mechanical alloying involves the severe deformation of mixtures of powders until they form the most intimate of atomic solutions. Inert oxides can also be introduced to form a uniform dispersion of ®ne particles which strengthen the consolidated product. Large quantities of iron and nickel base alloys with unusual properties are produced commercially using this process. The theory describing the way in which the powders evolve into a solution is reviewed. There are some fundamental constraints which dictate how the microstructure must change during mechanical alloying for the process to be at all viable. The strange recrystallisation behaviour of the alloys can be understood if it is assumed that unlike normal metals, the grains in the mechanically alloyed sample are not topologically independent. Another topic discussed is the mechanical blending of microstructures containing different phases, both with and without a net reduction in free energy. MST/4799 The author is in the Department of Materials Science and Metallurgy, University of Cambridge, Pembroke Street, Cambridge CB2 3QZ,UK. Contribution to the `Structure of materials' section of Materials Congress 2000 organised by IoM at Cirencester on 12 ± 14 April 2000. # 2000 IoM Communications Ltd. Introduction An alloy can be created without melting, by violently deforming mixtures of different powders see Fig. 1). 1±4 Inert oxides can, using this technique, be introduced uni- formly into the microstructure. The dispersion strengthened alloyed powders are then consolidated using hot isostatic pressing and extrusion, to produce a solid with a very ®ne grain structure. Heat treatment then induces recrystallisa- tion, either into a coarse columnar grain structure or into a ®ne, equiaxed set of grains. Columnar grains occur for two reasons: the oxide particles tend to become aligned along the extrusion direction, making that a favoured growth direc- tion, and in the absence of particle alignment, columnar growth can be stimulated by recrystallising in a temperature gradient; the latter may be a stationary gradient or one which moves along the sample, as in zone annealing. The columnar microstructure is desirable in applications where the resistance to creep deformation is paramount. The chemical compositions of some of the commercial alloys produced using this method are listed in Table 1. They all contain chromium and/or aluminium for corrosion and oxidation resistance, and yttrium or titanium oxides for creep strength. Yttrium oxide cannot be introduced into either iron or nickel by any method other than mechanical alloying this was the motivation for the original work by Benjamin). 1 Microstructure Immediately after the mechanical alloying process, the powders have a grain size which can be as ®ne as 10 nm locally. 7 This is hardly surprising given the extent of the deformation during mechanical alloying, with true strains of the order of 9, equivalent to stretching a unit length by a factor of 8000. The consoldiation process involves hot extrusion and rolling at temperatures of about 1000³C, which causes recrystallisation into a submicron grain size Fig. 2). It is known that during the course of consolidation, the material may dynamically recrystallise several times. 7 It should be emphasised that the submicron grains illustrated in Fig. 2 are not low misorientation cell structures, but true grains with large relative misorientations. 8 Subsequent heat treatment leads to primary recrystallisation into a very coarse grained microstructure whose dimensions may be comparable to those of the sample Fig. 2b). The grains in Fig. 2a are elongated because the hot rolling leaves a microstructure with a residual deformation, with a dislocation density of about 10 15 m 22 Ref. 9). Although this is large, it is not particularly high when compared with dislocation densities found in conventional steel martensitic microstructures. 10 The vast majority of the stored energy of about 55 J mol 21 in the material is due to the very ®ne grain size. 8 Chemical structure The intense deformation associated with mechanical alloy- ing can force atoms into positions where they may not prefer to be at equilibrium. The atomic structure of solid solutions in commercially important metals formed by the mechanical alloying process has been studied using ®eld ion microscopy and the atom probe. 11 A solution which is homogeneous will nevertheless exhibit concentration differences of increasing magnitude as the size of the region which is chemically analysed decreases. 12,13 These are random ¯uctuations which obey the laws of stochastic processes, and represent the real distribution of atoms in the solution. These equilibrium variations cannot usually be observed directly because of the lack of spatial resolution and noise in the usual microanalytical techniques. The ¯uctuations only become apparent when the resolution of chemical analysis falls to less than about a thousand atoms block. The atom probe technique collects the experimental data on an atom by atom basis. The atom by atom data can be presented at any block size. Figure 3 illustrates the variation in the iron and chromium concentrations in ®fty atom blocks, of the ferrite in MA956. There are real ¯uctuations but further analysis is needed to show whether they are beyond what is expected in homogeneous solutions. For a random solution, the distribution of concentrations should be binomial since the ¯uctuations are random any signi®cant deviations from the binomial distribution would indicate either the clustering of like atoms or the ordering of unlike pairs). The frequency distribution is obtained by plotting the total number of composition blocks with a given number of atoms of a speci®ed element against the concentration. 1404 Materials Science and Technology November ± December 2000 Vol. 16 ISSN 0267 ± 0836

Mechanically Alloyed Metal

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Mechanically Alloyed Metal

Citation preview

Page 1: Mechanically Alloyed Metal

����������� ����� �� ����� �� �� �� �������

���������� ������ ������ ��� ����� ��������� � ������� � ����� ����� ��� ��� ��� � � �������� ������ ����� � ����� ���� ��� �� �� ��������� � ��� � ������ �� ��� �� � ��� �������� ����� ������������ �� ������� ������� ����� ��������� � ��� ��� ������ �� � ��� ���� ��� ��� �������� ��� ����������������� � ��� ��� ���� � ��� ���� �� ������� ��� �� �� ����� ��� ����� ����� ��� � ����� � ��������� ����� ��� �� ����������� �� ������ ����� ������� �� ��� ���� �������� �� � ������ ���������������� ������ �� ��� ���� � �� �� ��� ������� ��� ������ ���� ����� ���� �������� � ��� ��� ��� ������� �� �� �� � � ���� ���� ������ ����� ����� � ��� ����� �� ��� ����������� ����� ����� ��� ����������� ������������ ����� ���� �� �� �� � ��� ���������� �������� � ���� �������� ������������������ ��� � � ��� ���� ��� ������ � ��� �������� �� ���� ������ �!�"#$%%

��� ������ � ��� �� ������� �� ������� ������ ��� ����������� ������� �� ��������� �������� ������� ����������� !"��#$ ���������� �� ��� %��������� �� �������& ����� �� ������� ������ �''' ������� �� (�� �� ����������� )� * )+ , �� �'''$� �''' (�� ����������� -��$

�� ���� ��

�� ����� ��� � ���� ������ ������� �� ��������������� ������ �� ������ �� �� ��� ���� ���� � �

�� ����� ���� ����� ���� �����!�� � �������� ���"����� ���� �� ����������� #� �������� �������������� �� �� � ��� ����������� ����� ��� ��������������� ��� �������� �� ����� � ����� ��� � �� $����� ������� %�� ������ ��� ������ ����������"����� ��� ���� � ���� ������� ���� ������ � ���� �$�� !����� �� �� ������ &������ ����� ���� �� � ������' �� ���� ������� ��� �� ���� ������ ����� ��������� �������� ��(��� ���� � ������ �� �� ���"����� ��� �� �� ����� �� ������ ��������� ��������� �� ��� � ��������� �� ������������ �� � ������������) �� ���� ��� � � ��������� ������ � �� ���� ���� ����� �� ������ �� �� *�� ��������� #�������� ���������� �� ������ �� ������������ ��� ������� �� �� ��������� �� ���������

#� ������� ������������ �� ��� �� �� �������������� ������ ����� ���� ����� � ����� �� #��� ��#�� ��� ������� ������� ���+� ��������� �� ���������� ��������� �������� ��� ������ � �������� ����� ���� ������� ,����� ���� ������ � �������� ������� ��� � ���(� �� ��� ����� ��� ���� ����������������� ����� �� �� ���������� �� �� ������� �( ��-�.�������

����� ��� ���

�������� ��� �� ��������� �������� ������ ���� �� ��� � ���� ��* ���� ��� � �� $� �� �/ ����������0 #��� �� ����� �������� ���� �� ���� �� ����������� ����� ��������� ��������� ��� �� �������� �� �� �� 1� !������� �� �������� � ���� ����� �� ������ �� 2///� #� ������������� ����� ������� ���������� ��� ������ �� ������� �� ����� �///�&� ���� ����� �������������� ���� � �������� ���� ��*����� 3�� � �� (�� � ���� ����� �� ���� �� ���������������� ������ ��� ����������� ��������� ���� �����0 ������� � �������� ���� �� �������� ����� ����������� ���� 3 � ��� �� ������������ ��� �������� ��� ������� ��� ��� ����� ��������������2 4���!��� ��������� ���� �� ����� �������������� ���� � ��

���� ����� ���������� ��� ��������� ��� ��������� �� ���� �� �� ����� ����� 3���

#� ����� �� ���� 3� � ������� ����� �� ��������� ���� � ���������� ��� � ������ ���������� ��� � ����������� ������ �� ����� �/�5 ��3 �6�� 1���������� ���� �� ���� �� �� ��� ���������� ���� �������� ��� ����������� ������� ����� �� �������������� ��������� �������������/ #� ���� ��.���� �� ������ ��� �� ����� 55 7 ����� �� �� ������ �� �� ���� �� $� ���� ��*�2

�������� � ��� ���

#� ����� ��������� ��������� ��� ��������� �����"��� ��� ��� ����� ���� ��������� � ��� ��� ����� �� � �� !��������� #� ������ ������ �� �������������� �� ���������� �������� ����� ���� �� ����������� �������� ����� ��� �� ������ ����� $�� ������������ ��� �� ���� ������

� �������� ���� �� ��������� ��� ������� ����������������� ������� �� �������� �������� �� �� ��*�� �� ���� ���� �� ��������� ������� �������3��8

#�� � ����� 9���������� ���� ��� �� �� � ������������ ������� ��� ���� �� �� ����������� ������� �� �� ��������� #�� !�������� ��������� ������������� � ����� ������ ����� �� �� ���( �� ��������������� ��� ���� �� �� ����� �������������� �����!���#� 9���������� ���� ���� ������ �� �� ���������� ������� �������� ����� �� ��� ���� ����� � �������� ���������(� #� ���� ��� �����!� ������� �� ������������ �� �� ���� �� ���� ������ #� ���� �� ���� ���� ���� ����� �� ��� ����( ��*�

���� 8 ��������� �� �������� �� �� ��� ���������� ������������ �� $��� ���� ����(�� �� �� ����� :�15;� #� � �� 9���������� ��� ���� �������� ����� �� ��� ��� ��� � ����� ��� �� ����� ����������� ����������

�� � ����� ��������� �� ����������� �� ������������������ � �������� ���� �� 9���������� � ����� ���������$���� ��������� ��� �� �������� ����������� ����������� ��� �� �������� �� ��( ����� � �� ����� ������( ������

#� �!���� ����������� �� ������� �� �������� ������� ���� �� ����������� ����(� ��� � ���� ���� ������� �� � ����$� ���� ������� �� ������������

� � ������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �! "��� ��!# ��$%!

Page 2: Mechanically Alloyed Metal

���� � ��� � ���� �� �������� ������������ ���������� �������� �� �� ��������� �������� ����������������������� ���� �� ��������� � ������

#� ���� ��� ���� ��� � ������� ���� �� �� ��������� ����� ��������� ���� �� �������� ����� ���(��� �� �� ���� ������� �� ������� ����� ��

�� ������ 4������� ����� ���� � �������� ������� ����� �� � ��( ������ ���� �� ���� �������������� ��� �� ����� �������� ���� ��� � ���������������� #�� ���� ��� � ������ ���������������� ��� ������������ #���� �� � ����� ,*���������� �� ���������� ��- �� $����� , �� � �*, ������� ���� �� �-�3.�.- � .� �� �� ���� ������� ������ � 4�������� ���.3

� ��� --�.3-� #��� 3 ��� �

�� ������ ����� �� � �� ���������� ��"��� ��� ����������� ��� ���� ��������� �������� ������ ����������� �� ������

#��� ��� ��� ��� ���� �� ��������� � ��������"������� ����� ��� ��� ���� �� ����� �������� �����

&������ '�(�� ��� ���� �����)�*�� ����� ������ ��'���+� ���� ��+���� (��� +��,��� ��'���� �, �*�� '��-����. '�(�� � ���������� ��� �+����� ������� �������� �� ����� ���� ���������� ����� ��+��+�

� ������ � ���� ���� �� � ��� ���� ������� �������� �������� ����� �����

� �&� �, ����� ������ �� *��+��� ��������/ ��(��� +�-������ ����� ��+��+�. � �'����� ��������'� ��(��� �������+���� �������������� ����� ��+��+� �+����� ,��� ���������� �� ��'���+� � ���� � � ���0

� �� �������� ������ ���� ���� ���� �� �����

����� � ���� �� � ��� �� ����� ���������� ���

1���� 0 0� �� 1� � �� ���2% 3�2% 4 5 ����� 2 ��

!�� ������167# ���� � �� ��% 8 ������ ��� 8 ���# ���� 8 8 8�����%3�7 8 �%�� ��7 8 8 ��� 8 ��7 ���� 8 8 82�� %%� 8 �%�� ��7 %�� 8 ��! 8 ��7 ���� 8 8 82�� #7� 8 �!�7 ��7 �7 8 ��! 8 ��7 ���� 8 8 82�� �!�� 8 ���� ��7 !�� 8 ��! 8 ��7 ���� 8 8 8�167! ���� ���� 8 �7 ��� 7� ��7 8 ��7� ���� 8 8 89������ ���� ���� 8 7�7 8 ��7 8 ��7 ���� 8 8 89������ ���� ���� 8 7�7 8 ��7 8 ��� ���� 8 8 8��� 8 �%�� ��7 8 8 ��6 ��$ 8 ���� 8 8 8�3� 8 �%�� ��7 8 8 ��� ��6 ��7 ���� 8 8 8"� #�� ������1!��� ���! �7�� 8 �7 ��� ��% 8 ��� ��7 %�6 ��7# �����1#!� ���! �6�7 8 !�� ��% 8 8 ��� ��� %� ��! �����1#7$< ���7 %��� 8 ��% 8 8 8 ��! 8 ��7 ��%# ����9�����< 8 ���� 8 ��% 8 ��7 8 ��! %�� 8 8 ����

<�1#7$ ��� 9����� �� (����+� �� ������������4��� :,� 7��4��� :,� !�

��������� ����������� ������ ���� � �7

������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �!

Page 3: Mechanically Alloyed Metal

���� ������� ����� ��������� ���� � ������������ �� ������ ���� � �& ��������� � (�� ��� ����� �����$������ ��� �������� ��� � ������ ����( ����� �� ����������5 #���� �� ��� � �������� ���� ������� �� �� � ����������� ��������� ���"!������������� ��� ���� ������� �������� �� �� ������������� ��� ��� �� ������ �� �������� �� �������������

�2;<�"2� 42:�1�"2�=���� ����������� ���� �� ��������� ����� ����� ������ �� �������� ������ � ��������� ����������� �� �� �������� �� ���� �� $�� ������ ���������� �� �� ���������� ��� �� ���� ����� ����������� �������� �� �������� ������ > ����� � �� ���� ���� � �������� ����� ��� ��� ��� ����� ���� ��������� ����� �� ������ (���� �� ����� ������ �������������� �� ��������� � �� ��������; � ��� � ��� ���� ���� ���� ���� �� �������� ������� ���� ��������������� �� �� ����� �� ��������� ��������������

&����� �� �� ��������� , ��� � ��� ���� ����� ��� ��� ��- ��������� � �� ��������� ���������� �� �� ��� �� �� �� ��� �� ���� � ����� ���� � ����� �� �� �� �� ������

/�����������.�����.��- � � � � � � � � ���

� . �� �� ��� ������� �� �� � �� ������ ���� ���� � ������� � �� ��� ���� �� , ��� � ����� �� ���?��@ ��� ���@� ���� ��� ��������� ���� �� �����( ������ � �� ���� ������ ���� �� ���� �� ��� �� ���� �� ����� �� �� � ������� ��� � ����� ����� ���$������ ������ ��� ����� �� ��� � �����$��������������� �� � ���$��������� ����� �� ������� #����� ���� �� �� �� ���� ���� !������ � �� ����� ���������� ������ � ��� � � ��� ���� �� ������ � ����� ��� �� �� ���������� �� ��������� �� ���� 5��� � ��� ����������� .�

� ������� �� � ��������� ������ � �������� ��������������� ��(� �� ����� � ����� �� ����� ��������� #� ��� �� ���� � �� ������� �������������� ��� �� ����� �� �� ������� ������-���� �� ����� ���� �� ��� �� ���� �� ?�������@��� ���� �� �� �� ���� �� ��� �� ��� � ������$���� ����������� ��� �� ����� �� ������� ��

�� �� ������� �� ������ �� *�� #� � ��� �� ���������� �� ���� ������ ��� ���� �� �� ��������������� �� ��������� �� ���� 5�� #� ������ �� �� ���� �� � ��� � � ����� �� �� ��������� �� �� ���� �� ������ �/:� �� ������� �� �� ��� ����"������� ����� �� ����������

>��� ��������� ������ ��� ������ � ���������������� � ������� �� ��� �� �� ������ ������� ���������� ����� ��� ���� ����� �� ��������; #������ �� ��������� �� ���� ; ���� ��� � �� �������� ��������� ���� � ����� ������� ����� �� ������ ���������� ������� �� ��� ����� �� �� ��* ���� �� ��� �������� ������� ���� �� ������ �������� ��( �������A

#� ��� ���� !������ ����� ���� $�� ���� �� ���� ������� �� ������� #� ����� ��� ���� �� �� ��$����� �� ���$��������� ����� �� ������ �� ����� �������� �� ������ 4����� ���� �� � �� ����� ��� � ������ �� ,� ��� �- ����� � ������ �� �) ���� �� � ��� ���� �� � �������� ���� ���� ������ ��� ������� . �� ��

#� �� ���� �� ���$������� �� �� ���� �� ���� �� � ������ >�� �� �� �� � ���� �������� �� ���� �� ������� ���$�������� �� � ����� ����� �����

�0�����.�����.��-����0����.������ �0�.��-��

� � � � � � � � �3�

� 0� �� �������@� ����� #� ������ ��!������ 3 �� �� ����� ���� �� ������� ��� ����������� �� ������ �� �� ��������� �� �� , ��� �������� ��������� B���� �� -���*���� !������ ���4������@� ������������� �� ���� ����� �� ������������;

��:

�0��

���.��-�.��

���-

� �� 0����.��-�.��

���-

� �

���.

����

0����.�

��

� ��

.

�-��

0�.

�-

� ��8�

���.�� �� �� ��������� ���� �� ���� �� �������

$ %��&�� � ����������� ��'�� ��� ���� ������ �������� � �����

at.

-%

( !�� �� ����� � �������� �� �) ��� �������� �����

����� � *��� ����������� ������� �� ����� ���������� �������+ � ����� ���� �� ����� ����� � �������

&���� 11 1� ��

0� =��+��> ��!%$ ��%� ���%$ �� �!$0� =����+����> ��!%# ��%�� ��� �1� =��+��> ��$�$ ���$ ����$ �� �!$1� =����+����> ��$%% ���!� ����$

� �! ��������� ����������� ������ ����

������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �!

Page 4: Mechanically Alloyed Metal

����� ������ ��� ���"*�� �� � ���(� �� �� ��� �� ��� ���� ���� !������ ���� �� �� �������

��:���0�����.� �� ���.��. �� �.�� � � � ���

�� ����-���=�������� �� ����� ������� �� � ��� �����

�� �� ������ ��*� � ������� ���� 0 ��� � �� ����� ��� �� ������ �� � ��� � �� ��������������� �� !�������� �������� ���� ���� ���$���"������ ����� ��������� �� �� � ��� �� ��������� !�������� ����������� �������� ���$��������������� >�� �� �� ������� ���� ���� ������ ����

���� �� �������� ��� �� �� ������������ ���"���� �� � ��� �� .��� �/ 7 ������ ���� 0 ��� � ������ ����� �� ������ ������ � ����� �� �� ��������* �� ��� ���� � � ������ �� ������ � ��������������� �� � ������������� ������ ������� ���������� �// �� �� ��*� �� ���� ��� �� ����� �� ��������� � ������ ������ ������ �� �� ��� ������������������ ��( ������� ����� �� �� ������ ��* ������� �/3 ������

� !���������� �� �'������ �� � ���� ������� �� ����������'� ���� ��� � ��,� �� �������� ����� ��� -��� ����� �#� �� � ��� �� �������.

/ ����� 0���� ���� ����� �� �1�� -���������. ���� ����� ����� �� �� ��� �� ����� �� ��,�+ ��� ����� ������ �� ����� ��,� � �1���� �� �&������ �'����� �������� -���))) 2.

(a)

(b)

� %��� ����� ��+ � � � ��� �� �1����3 � � ��������� �������

��������� ����������� ������ ���� � �#

������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �!

Page 5: Mechanically Alloyed Metal

&���1;93 1�� "��&:410"1; &�&:?3#� ������� �� ������ ��� ��� �� ���� � *� �� �������� ����� #� ������� ��� �� �� ����� �� ����� �� ������� �� � � ��� �� ����� �� ����� �����$���� �� �� !�������� ��������� ���� �� � ��� �� ,����� �� ���� �3���� ��� ������� ���� �� ���������������� �� ���� ������� �� ������ �� ���� ��

�1:�0�2���.�.3 � �������--�3��- �5�

� 2 �� � ����������� �����%� �� �� ������� ���� � ��� ���������� ����

���� ����� �� �� ������ �� � �� , ��� � ������� ��� �� �� ��9��� �� �� ����( ������ � ����� � ������ ������� �� ������ �� ��� ���� �� !������ 5� ��� �����

�1:�20�� 3��C .���.� � � � � � � � � �;�

� �C �� �� ������ �� ,+� ��������� �� � ��������� ��� 3� �� �� ����(��� �� �� ������� � � �� �������� �� ������

� ���� ������� ������������ ���� ��� ��� ���� ������������� �������� ����� �� �� �������� �������� ��

�� ��������� ��� � ���� ��� �

�1 �4��C� � � � � � � � � � � � � � �0�

� 4� �� �� ���� ������-��� �� ��� !������� ������� �� �� �C� ����

������ ������ �� �� ���� �� �� ������ ��* �� #����� ������ ���� �������� �������� �� �������������� �� ���� �� �� ������� �� ���� ��� ������� ������� ���� � ������ ��� ��� ��������� ������ �� �� ���� � � �������� �� ��� ������������ �� �� ������� � ������� #� �������� �� ���� �� ���� ��������� ��� ����������� ����� 2�� ������ �������� ��� � ����� ��� �� ������ ���������� �������� �� �� �� �� 4�������� ����� ����������������� �� �� ��������� ���� �� ������� ���� ���� ������� �� ��� ��* ���������� #� ������� ������������ ����� ��� ����� �� �� ������ ������� ������ ���� ������� ���� ��� �� ����� ����� ������

����� ������� ���� �� ������� �� ����������� ��������� ���� ���� � �� ��������� ��� �� ���� ���� ������ ��* ����� $� ����� ��������� ���������#���������� ���� � ������� �� �� �������� ��� �������� �� �� ��������� �������� ����� ��� ���� 1���;

>�� �� ������� �� ������ �� ��� *� � ������� ���� � ����� ��� ��� ����� ����� �� �� ������������ � �� ������� �� � ��� �� �� ������ ��� ������� �� ��������� ��� �� �� ������� ���� $������ ����� ��� ��� >�� �� ����� ��� �� �������� �� � ����������� �� � � ����� �� �� �� ����� ��*������ ��� �� ���� ���� ����� � ���� ���� �� �������� ��������� ���������

#� ����������� ������ �� �� ���� �� ���������������� ����� �� ��� �� � ���� �� � ��� ����������� ������������ �� ��������� �� ���� 1� ��� ��

��19& 24 4:&& &�&:?3 0<: &�#� � ���� ������(� ���� ������� ���� � ����� ������ ���� ���� �� ���� ��������� �� ���� 3� ���� �

4 5���� � ����� � �� �� ��� �� ����� �� ��,�+ ������������ ����� � ����� ��� � ��� ������� ������1 6 ��� ������� ������ � ����� ����� � ���������� ������� � ����� ����� ��� � �����������3 ��� �������� � ��� � ��&�� � � � �3 � ��� ��� ������� ����� ��� �� ���� �� ��� � ����� � ���&�� � � � �

100 102 104 106 108 1010 100 102 104 106 108 1010

� ������ �����'� �, ��*��� =+���@ ���� �������>. � '����� �����'� �, ��*��� =������ �� ��+��>. �/ � � � ��� � �'�������+� '����� ������ ������� ���'������ ��� ��(��� �+��� �, ���� '� '������

� ��������� �������� �� ������� �������

� �$ ��������� ����������� ������ ����

������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �!

Page 6: Mechanically Alloyed Metal

�� � ���� ���� �� ���� �� ��� �� � �� �� .�/ ���.�� ��������� #��� �� � ��������� �� ���� ���!������ � ���� ��� � ����

���:

�.���0� ��

.

��.

� �� � � � � � � � �2�

�� ���� �� ���� �� ����: ����� �� �� �� ���� �������������� =���� ���� �� ���� ����� ��� �������"���� ��� �� ������� �� ������ ��� � $��� ��� ���������� ���������� �� ���� �� � ��� �� ������ ��� ������� ��� ����� �� �� �� �� ������ ��� ���������� ���� �� ��������� ��� ������� �� �� ������ ���������� �� �� ��������� � ������� $���� ��� ����� ��� ��� ��-�� � ����� � ���� �� � ��� �������� �� ��� �������� ��� ��� ��������� ��� �� $������ �� �� ��$��� ���

%� �� ��� ����������� � ������� ����� ���� ���� ����������� �� ���� �� � ���������� ������ ������� � �� ���� �� *� � ����� �� ����� #� ���� �(�������� ���� �� �� � ����� ������ �� ����������#���� �� ��������� 0 �������� �� ����������� ����� � ��� ���� �+0 ���� �� ������� ������ �� ������� .��� �� ������� #� ���� �� �� � ��� ��� ������ ���� � �� �� �� �� ���������� ��� ���� $��� ���� ������� �� �� ���� �� �������������� �� �� ����� �� �������� ��������� 4��� ������������� �� ��� � ���������� ������� �� � ���?���@ �� ��� � ���� ��� �� ��� ����� �� � �� ��������� ���� ��������� �� ����� ����� �� ��������������� � ���������� ������� �� ������ ��������D��������� �� ���� ���������� � ��� �� ������ �� ������� �� ���� �� �� �� ��� �� �� �������������� ��� �� � ��� �� ������ -�� �� ��� ����� ���������������

����� ������ �� ������ ���

D� �� �� ���� ��������� ����� �� �� ������ ��������� �� �� ���� ���� �������������� ����� �� ��������������� ���������� �������� �� �� �� �� /�1 ���� ������ ������ �:� #��� �������� ��� ���������� ����� ����� ���� ��������� ����� �� �����/�; �:� �� ������ �� ����������� ������ �������������� �� ���� ��� �#��� 8��

E��� �( �� ����������� ������� ���� ���������������� ���(� ��� ���������3� �������� �� ������������������ ������� �� �� ���� �� �� �"��������� %� �� �� � ������ �� ���� �� ������������� ������ �� ��� ���� �� ���� ����������"���� ������33 � 3� ������� �� ��� ��� ������ �� ���������� ��� �� ��� �� ���� ��������� �� �������� ������������

� ��� �� ��������35 ���� �������������� ����� �� �� ���� ������� �������� ��� ������� ������� ��� �� ����� �� ���� �������� #��� ��

����������� ��� �� ���� ���� �� �������������� ��"���� ��� � ���� �� ���� ������ �� F���� �� ������� ���������� ����������� �����������2�3;

#� $� ������� �� ������ ���� ��� ���� ����������������� ��� ���� ��� ��� ������ �� �� ������������ ��* ����� ��� �������������� �� ������� � ������� �������������� �� ����� �� � ��������� �� �� ������������ ����30

������ ��� �� ��� ���$������ � ����� ����������� �� ������� �� ������2�30�32 � ���� ��� ������ ���������� ��� �� ��������� �� �� ���� #����� ����� �� ������ ��� �� ��������� ����� ���� ��*��� �� ��������������� 6�������������� ������� �� ���� ��� �� ���� ��������� � ����� ���� �� �����"������ ������ �� ��������� �� ���� �� ������� �� ����� ������� .�������� �� ������� ��� ���� ���� �� ���� ����� ������� ������� >��� �� ��������� ������* �� ����������� ������ ������ �� ���� .��������������� ��� �� �� ������� ���� �� ���� ��������� ��� ����� �/�� � �� ��� �� �������� ���� ���� ��������� �� �� ������ ���������� ��� �� �� ��������� ����������������� ���� ��� �� �������� ��� ���� ������������ ��� ��������� ��� ���"����������2�30�32 #����������� ��� ��� � ���� ����������� �� .��� � � ����� ����� �� � �������� ��� ���� ���� ��������� ��.���� ����� � �������� ������� � ������� ����� ��������� �� �� �� ���������� �� �� ����������������� �������

�������� � ����� ��� ����

#� ��������� �������� ����� �� ��� ���� ����� ��� :���������� ���� ������� � ����� ������� ��� � ����� ����� ����� �� ����� ��������� �� �� ������ �����

� ��(��� ����� �� ������� ��� 8 � 5�5 GH�� ����� ������ �� ��� � ��� � ���������� ����������� ��� ���� �� ������31 #� �� ���� �� ����� �� ���� ��� �� ������ 4��� ��� �� �������� ������� �������� ���������� $� �� �3 GH�� #����� ������� ����������� �� �� � �� � � /�3& ���34� � ��5:� � �"I�� �������� �� � �� �� � �� ����� ���� �� ����������� ����� �� �� ��� �������� �������� ������ ����� ����

����� ( 7������ �� �� ��������������/ 6�)

1���� ����� ����/ A ���

�167# ����167! �� �167! �� ��� <�1!��� ��!�1#!� ����1#7$ ��%�

<����� ���� � ���� ��� �������� ���� ���� �, ��'���+���� � ��,B�+�� �� ��+� ���+������������ ���� � ���� ��� �������������� ���+� ��� �� ������'���� ��@��� �� ��,B�+�� �� ��+��

�) 8����� ������ � ������ �� �� ������������� ��������� �� ���� ������� �����+ ���� � � ������ ���� ������� ��� ���� 9� ���� ��� ��� ���� ����� �� ������� ��� ���� �� ����� ��,�3 ����9� ���� �� �����:� ����� � � ��� ���� ������������ ��� ���� ����� �#�� �� ���: ��� �� �������� ����� ������

��������� ����������� ������ ���� � �6

������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �!

Page 7: Mechanically Alloyed Metal

6��� �� ����� �/ �� � $�� !����� �� ����"���� ��� ��� ������������ ������ �� �� ����� ����$��� #��� ����� ������ ������������ ���� ������� ���� ����� ����� �� ����� ��� �������� #�������� ������� ���� �� ��� ����� �� ���"������� ������ D� !������� �� ������ ������� ������ �� ������� ������� ���� ����� �� ���� ������������ ���������� ��� ����� �������� #� $������������� ���� �������� �� ������� ���� ��������� ������� ��� ������� ������ �� �������� ��� ��� ���� � ��� ������ ���� �� �������� �� ������� �� �� ���������� ����������������

#� ���� �� �� �� ��������� ���� �� ��� ������� 4��� �� �� ��� �� ������� ��� ���� #�������� ��� ������� ��� ���� ����� ��� �� ��� ��� �������� �� �� � ��� ���� �� ������������� ���� �� ����8/ ���� �� ���� ��� �� ����� ����� �� �� ������� ���������� ��������������� ����� ���� � ������� ������ ������������� ������ ���� �3 ��� � ���� �� �� ������� ��� $�������� ���� � �������� ������ ����(��� ����� ��

�������� ������ �� �� � ������� �� � ��� ������� ��� � ����� �� ��� ��� ������� �������������� .� ��� .�� ���� ���������� ��� ����� �������� ����������� .� #��� �� ����� ������� ������ ������� �� ��� ��� ������� � ������������������ �� ��� ������ �� ����� ����� �� ����"������ ������� �� � ������� �������� ������������ ���� � �������� �� ��������� ���������� ������� ���� �� �� ���� �� � ������� �� � ����� ���������� ������ ��������� ��� ������� �� ����� ����� �� ��������� ����� ���� ����� ��������� ��������� J�������� �� ����� ����� �� ���������������� �� 4���� ��� �� ������ ������� ����"����� �� �� ��������� ��������� ��� � �� ��������� � ����

4����� ��������� ������������� ����� �� ��������������� �� ��� ��� ������ � ������������ >����� �� ���������� �� ����� �� ��� ��!�������� ��� ������ �� �� ������ ��������� ������ �� ������ �� ������� �� ����� �������������� #��� ����� ������ �� ������ ����� �� �������������� ��������� ��� �� ��������� �������� ������ #� ? ��� ����@ �� ������� ��� ���� ���.��� ���� ��������� � � ����!��� �� ����������������� ����������� �� ������ ���� ����8� B���(4���� �� �� �� ����� �� �� � ��� �� ��!�������� ����� �� ��� ��� ������ �� ����� ����� ���������� ��� ����� �8��

#� ����������� �� ������ �� ��� ������������� �� ���� �� ���� ����� �� ������ ������������ �� ���������� �� � ��* ���� �� ��� ���������� ������ ��������� ��� ��������� ��� ���"���������� #� ������ �������� ��� ��� !�� ����� �� ����� �� �� ������ ����� ������ ������� ����������� �� �� �� �� ��������� ���������� ������ ����� �� ��������� ��� ����� 9����������� -���� �������� �������� ��������� �� ���� 2 ����� ����� ������ ����������� ������ ��� �� �� ��������������' �� ����� ����� ������ � ���� ������������ ���� �� ������� �� �� � ��� �!������ 8� �� ���� ��� ���� �� �������� ���� ����� ������� ��� ������ �� �� ��������� �����������

�������� �� �� ��� �������� �� ��������� �� �� ���� ������ ��������� ��� �� ���� �� ����������������� ������ �������� �� ���� ���� #��� � ����� ������ ���� �� � ����� �� ���� ������ �� ���������� �� �� !�������� ����� �� ���� ������� ��������� �� �� ������ ���� � �� ��� ���� �� ��������� ���� ��� ��� ������ ����� ���� ����� ���� ���� ��� ��� �� #���� ��������� ���������������� �� �� ����� ���� ���� -� �������� �� ������� �� � ����������� ������ ����� ��� ���� �� :�15;

�� ;��� ������� �� ������� �1�� � ������ ���� ��������� �� �������� ������ ���������

�� %��� ����� ��� ��� ������� �� � �� ��� �� ���� � �������+ ����� ��� ���� ���� ��� � ���������

�( %��� ����� ��'�� ��� ������� �� ������ �� �� ���� �� ���� � �������+ ����� ��� ���� � ������ ���� �����

� �� ��������� ����������� ������ ����

������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �!

Page 8: Mechanically Alloyed Metal

�� ��� �� ��� �� ���� �� �� ����� ���� ��* �������������� �������

������

&������� ����������� ������ ����� � ����������� ������ ��� ��� ���� ��� ���� � �������� ��� �� ���� ��� �� �� � ���������� ����������� ��������� ���� �� �� �������� ���� �� �� �� � �� ������ �� �������� �� � ����� �������� �� � ����� �� ������ �������� ������� � ���������� $�� �� ��*� ������ ��������� ���� ����� � ��$� ����� ���������������� �� ���� �� ���� � � ���� �� ����� �� ������� �� �� �� �������� �� ������ ��������� D������ ���� ����� �� ��� �� ����� �� �� ������������������� �������' �� ����$� ��� ������ ������� �� ������� ���������� �� ��� ���� ������������� ��� ���� �������������� ����� ������� ������ �������

4� ��������� ��� ���� ��� �� �� �������������� ������� �� ������ #� ����� ������� ����� �� �������� ���� �� ������ ��������������� ��� �� ����� ��� 4���� ��� �� ��� ��������� � $������������� ��� � ���� � ��� ���� �� ����������$�������� �� ����� �� �� ���� ��� �� ������� �� ���� �� ������� ���� ����

������������� �

�� ���������� ������ �� J �� %��� ��� J 6����#������ �� ��������� �� ?:��������� ��������@������ �� �� :������ &����� 3/// �� &������ ���� ���� ��( �� ����( ������ -������ &����&�������� ���� 7���� ��� B���� :��� �� ����������������� �� � ���� �� ���� ���� ��� H����� ����>���� �� �� �������� �� �������� ��������� �� ��B������� �� &�������

����������

�� �� �� �������' ������$ ����$� �10/� &� 31�8 � 315��3� �� �� ������� ��� � �� �����' ?:���� �������(@� 1�� ���

033) �128� :������ H�(� D%� �4: �����������8� �� � ��������' ?H� � �������� �� ���������@) �12��

4����(�� -��� ������� �� �� �� ���' ��3��� ������$� �12�� '$� 08 � 01�5� � �����' ?������� ����!�� ��+3/I � ���� ����� ��

�������� �@�����@� H�J ������ B������K � H���"4��� �11��;� � ������������ �� ������������������ �� ������ ��� ��

������ ' �����$ ��$ 5��$ ,� �11�� &$$� �11 � 3/2�0� ���� ������ ����� �� �����' ?:������ �� ������� ���� ��

�����@� 4��$���BF� 7���11��#� ���������:������� � � ���2� � �� �� � � ���� �' �����$ ��$ 5��$ ,� �110� ''(� ;� � 00�1� �� �� ������ �� �� ������ ��� �� ����' ���$ ������$ �����$�

�11�� ')� ���5 � ���2��/� � �� �� � � ���� �'�����$ ��$ 6����� �112� '*# + '*,� 81 � 5/���� �� �� � ��� � �� �� � � ���� �� �� �������� ��� � ��

������' ?:�������� �������� �� �������� ������������@�00 � 23) �118� :������ H�(� D%� �4: �����������

�3� �� �� ������ ��� �� �� ��� ��' ?4���������� �������@� 8��) �152�L������ H������

�8� �� �� �������' ������$ ����$� �10�� '� 5 � �3���� �� �� �����' ?H��� ������������� @20@� ��� G� >� L�����

81 � �8) �122� L������ #� ������� �� :������5� �� ������ �� ����� ��� �� �����' ?H��� �������������

@20@� ��� G� >� L����� �� � �;) �122� L������ #� ��������� :�������

�;� �� �� ������ ��� � �� �� � � ���� �' ������$ �����$ ����$,� �110� '* � 3�21 � 3�1��

�0� �� � � ��� � �� �� � � ���� �' ������$ �����$ ����$ ,��11�� ') � 0/5 � 0���

�2� �� �� � �� ��� � �� �� � � ���� �' �����$ ��$ �������$��118� %� 21/ � 210�

�1� �� �� � �� ��� � �� �� � � ���� �' �����$ ��$ 5��$ ,� �11�� &*%� 331 � 388�

3/� �� �������� �� ���� � ������ ��� � �� �� � � ���� �'������$ ����$ ,� �118� '# � �/�1 � �/55�

3�� �� �� ��������� � ����� ��� ��� �� ���' ?4���������122@� ��� 4� 6������ �� ��$�� 2� � 21) �122� >������ H��#:4"� :E�

33� �� ���� �� �� ��������� ��� �� � ����' ������$ ����$ ,��120� &* � 000�

38� �� �������� �� ������ �� �������� ��� �� �������'������$ ����$ ,� �11/� '& � 5�0�

3�� �� ���� � ������ � �� �� � � ���� �� ��� �� �������'�����$ ��$ 6����� �113� ** + %-� 3�8 � 33/�

35� � ������������' ?DJ4 ��������� �� ��� ������@� H�J����� ��� 008� E��� H��������!� ���� � L�������4 ��*����� �122�

3;� � ����� ��� �� �����' 7$ ���$ 86�����9 (4� �118� .$� �8��030 � 08/�

30� �� �������' ?J�������� �������������� �� ����������������� DJ4 ���(� ���� ���������@� H�J ������ B��������� &������� BF� �118�

32� �� � � ��� � �� �� � � ���� �'�����$ ��$ 5��$ ,� �110� ''(�1� � 12�

31� #������ �������$ :��$� �11/� �2��8/� � �� �� � � ���� � ��� � �����' , �$ ����$ ��$� �118� ,$�

832 � 888�8�� �� �� ������� ��� �� �� ������' �����$ ��$ 5��$� �12�� ,,�

�15 � 3/��

����� $ ������ ����� �� � �� ��� �� � ������ �����������'� �� ������� ����� ��:�� �� �1���� ���������� ������� �� ��������

9�� ��*�+� ��4 � ���0 � ��7�� =(�-C> �� %�� �

����� ����/A �����

4����/ ���'��� ��� ������ �4���� ��� ������ #�9���D+������+� ,���� ��� '���D+������+�������

%$7

������ ��� '���D+������+� ������ #$7������� ��� ��������� ������ 2�� ����< 77

<"��� �� ����������� ������ �*�� ��'���� ��������'���� (���� �� �� ����� �'���� ���� ���� '���� �������������������

��������� ����������� ������ ���� � ��

������� ����� ��� ��������� ������ ������ ���� ��� �!