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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
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髙氮鋼中馬氏體相變誘導AlN納米析出相的平面變形機理 已有1人參與
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上海交大王曉東教授團隊International Journal of Plasticity發(fā)文揭示髙氮鋼中馬氏體相變誘導AlN納米析出相的平面變形機理 2023-05-09 246 分享至： 近日，上海交通大學材料科學與工程學院王曉東教授團隊與東北大學李花兵教授、美國約翰霍普金斯大學陳明偉教授合作在高氮不銹鋼領域取得重要進展。研究成果“Martensitic transformation induced planar deformation of AlN nanoprecipitates in high nitrogen stainless steels”發(fā)表于國際塑性領域頂刊International Journal of Plasticity。 上海交通大學王曉東教授、東北大學李花兵教授和美國約翰霍普金斯大學陳明偉教授為文章共同通訊作者，上海交大博士生張雨萌和胡逸軒為該論文的共同第一作者。研究工作得到了吉林大學高一鵬教授，上海交大沈耀教授等合作者的大力支持和國家自然科學基金（No. U1960203, 51971135, 52171010, 51821001）的資助。 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103631 同時具有高強度和高延伸率的金屬材料在輕量化結構應用中備受追捧，其中，千兆級高強度鋼的開發(fā)一直是研究的熱點。高氮馬氏體不銹鋼作為最具競爭力的資源節(jié)約型鋼種之一，因其超高硬度/強度和優(yōu)異的抗疲勞、抗腐蝕性能，廣泛應用于航空航天軸承、切削工具和海上應用等。在高沖擊應力、高溫和腐蝕環(huán)境的惡劣服役條件下，其過早失效往往是由Al2O3、AlN和TiN等致命的夾雜物或有害析出相引起的。鋼中殘留的Al和添加的N元素之間容易結合形成具有尖銳棱角的硬質(zhì)AlN析出相，從而引起局部應力集中、誘發(fā)微裂紋。而對鋼中Al含量的嚴格要求對原料和加工成本提出了巨大的挑戰(zhàn)。 先前對AlN這一典型的高硬度共價鍵陶瓷材料的研究集中于其在鋼中的析出熱力學和動力學以及其作為光電器件材料的功能特性上。但AlN析出相的變形行為及其與鋼基體的相互作用尚未被揭示。研究團隊首次觀察到了AlN納米析出相中存在層錯這一在高層錯能材料中罕見的平面變形模式（圖1），并結合密度泛函理論研究和馬氏體晶體學唯象理論驗證了AlN的塑性變形是由鋼基體的馬氏體相變激活的（圖2）。另外，原子尺度的應變分析表明了AlN和馬氏體基體界面處存在由馬氏體相變引起的局部高應力/應變（圖3），而通過AlN納米析出相中層錯輔助的塑性變形可以緩解應變兼容性矛盾，有利于改善高氮鋼的加工及綜合性能，并且避免馬氏體鋼的過早失效（圖4）。 這一發(fā)現(xiàn)和研究使得殘留Al的含量上限得以提高到正常煉鋼水平，從而擴大高氮鋼生產(chǎn)的工藝窗口，為有效減輕AlN析出物的有害影響并降低生產(chǎn)成本開辟了一條新的道路。 圖1 QT-330Al高氮馬氏體不銹鋼中AlN的S/TEM表征及應變分布圖 圖2 層錯生成過程的第一性原理模擬研究 圖3 AlN附近馬氏體基體內(nèi)部的應變分布圖 圖4 AlN納米析出相對高氮馬氏體不銹鋼的力學性能的影響 |
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2樓2023-05-11 17:03:52
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