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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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髙氮鋼中馬氏體相變誘導(dǎo)AlN納米析出相的平面變形機(jī)理 已有1人參與
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上海交大王曉東教授團(tuán)隊(duì)International Journal of Plasticity發(fā)文揭示髙氮鋼中馬氏體相變誘導(dǎo)AlN納米析出相的平面變形機(jī)理 2023-05-09 246 分享至： 近日，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王曉東教授團(tuán)隊(duì)與東北大學(xué)李花兵教授、美國約翰霍普金斯大學(xué)陳明偉教授合作在高氮不銹鋼領(lǐng)域取得重要進(jìn)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(lǐng)域頂刊International Journal of Plasticity。 上海交通大學(xué)王曉東教授、東北大學(xué)李花兵教授和美國約翰霍普金斯大學(xué)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(xué)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(xué)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(shí)具有高強(qiáng)度和高延伸率的金屬材料在輕量化結(jié)構(gòu)應(yīng)用中備受追捧，其中，千兆級高強(qiáng)度鋼的開發(fā)一直是研究的熱點(diǎn)。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(qiáng)度和優(yōu)異的抗疲勞、抗腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于航空航天軸承、切削工具和海上應(yīng)用等。在高沖擊應(yīng)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(jié)合形成具有尖銳棱角的硬質(zhì)AlN析出相，從而引起局部應(yīng)力集中、誘發(fā)微裂紋。而對鋼中Al含量的嚴(yán)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(jià)鍵陶瓷材料的研究集中于其在鋼中的析出熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)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(tuán)隊(duì)首次觀察到了AlN納米析出相中存在層錯(cuò)這一在高層錯(cuò)能材料中罕見的平面變形模式（圖1），并結(jié)合密度泛函理論研究和馬氏體晶體學(xué)唯象理論驗(yàn)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(yīng)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(yīng)力/應(yīng)變（圖3），而通過AlN納米析出相中層錯(cuò)輔助的塑性變形可以緩解應(yīng)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(kuò)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(yīng)變分布圖 圖2 層錯(cuò)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(yīng)變分布圖 圖4 AlN納米析出相對高氮馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能的影響 |
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2樓2023-05-11 17:03:52
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