The edge-to-edge matching model for describing the interfacial crystallographic characteristics between two phases that are related by reproducible orientation relationships has been applied to the typical grain refiners in aluminum alloys. Excellent atomic matching between Al3Ti nucleating substrates, known to be effective nucleation sites for primary Al, and the Al matrix in both close packed directions and close packed planes containing these directions have been identified. The crystallographic features of the grain refiner and the Al matrix are very consistent with the edge-to-edge matching model. For three other typical grain refiners for Al alloys, TiC (when a = 0.4328 nm), TiB2 and AlB2, the matching only occurs between the close packed directions in both phases and between the second close packed plane of the Al matrix and the second close packed plane of the refiners. According to the model, it is predicted that Al3Ti is a more powerful nucleating substrate for Al alloy than TiC, TiB2 and AlB2. This agrees with the previous experimental results. The present work shows that the edge-to-edge matching model has the potential to be a powerful tool in discovering new and more powerful grain refiners for Al alloys.

By means of surface mechanical attrition treatment, nanometer-sized grains (with an average size of 30 ± 5 nm) were generated in the surface layer of a single-phase AZ91D alloy. Transmission electron microscopy investigations showed that the strain-induced grain refinement process in AZ91D alloy includes three steps. At the initial stage twinning dominates the plastic deformation and divides the coarse grains into finer twin platelets. With increasing strain, double twins and stacking faults form and a number of dislocation slip systems are activated, including basal plane systems, prismatic plane systems and pyramidal plane systems. As a result of the dislocation slip along these systems and of the cross slips, high-density dislocation arrays are formed which further subdivide the twin platelets into subgrains. Obvious evidence of dynamic recrystallization were identified within the high-strain-energy subgrains with a further increase of strain, leading to the formation of nano-sized grains in the surface layer.

In response to the critical need for lightweight designs and carbon neutrality, we introduce an innovative additively manufactured ultrafine-grained Al-Mg-Mn-Sc-Zr alloy reinforced with nano-structured planar defects via laser powder bed fusion (L-PBF), developed for complex-shaped parts that demand high strength and superior ductility. Owing to the uneven distribution of the L12-ordered Al3(Sc, Zr) nanoparticles, the as-printed alloy demonstrates a hierarchically heterogeneous microstructure featuring a triple-modal grain distribution. Tailored planar defects comprising stacking faults, 9R phase and nanotwins are strategically introduced in the as-printed alloy. Beyond the nano-scaled planar defects and the triple-modal grain distribution, further direct ageing process augments the abundance of nanoprecipitates, collectively boosting the yield strength to 656 MPa, which is higher than almost all L-PBFed Al alloys hitherto reported, and a decent ductility of 7.2 %. This work paves the way for the near net shape forming of high-performance Al alloy components for advanced structural applications.

CoNiV medium entropy alloys (MEAs) have been widely recognized for their superior corrosion resistance. Nonetheless, their extensive application has been hindered by high production costs and complex fabrication processes. In this study, CoNiVAl

Over the last century, improvement in mechanical performance of structural metals has primarily been achieved by creating more and more complex chemical compositions. Such compositional complexity raises costs, creates supply vulnerability, and complicates recycling. As a relatively new metal processing technique, metal 3D-printing provides a possibility to revisit and simplify alloy compositions, achieving alloy plainification, which enables simpler materials to be used versatilely. Here, we demonstrate that high performance simple plain carbon steels can be produced through 3D-printing. Our 3D-printed plain carbon steels achieve tensile and impact properties comparable, or even superior to those of ultra-high strength alloy steels such as Maraging steels. The sequential micro-scale melting and solidification intrinsic to 3D-printing provides sufficient cooling to directly form martensite and/or bainite, strengthening the steels while maintaining microstructural and property homogeneity without dimensional limitations or heat treatment distortion and cracking. By manipulating 3D-printing parameters, we can tailor the microstructure, thereby control the properties for customized applications. This offers a scalable approach to reduce alloy complexity without compromising mechanical performance and highlights the opportunities for the 3D-printing to help drive alloy plainification. The study shows that 3D-printing enables plain carbon steels to achieve martensitic or bainitic microstructures with strength and toughness comparable to alloyed steels. It advocates for alloy simplification and sustainability in metal 3D-printing.