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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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兼具強(qiáng)度、塑性、韌性，科學(xué)家構(gòu)建新型超高強(qiáng)鋼
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兼具強(qiáng)度、塑性、韌性，科學(xué)家構(gòu)建新型超高強(qiáng)鋼 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員楊上陸團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港城市大學(xué)講座教授呂堅(jiān)團(tuán)隊(duì)、美國加州大學(xué)伯克利分校教授羅伯特·里奇團(tuán)隊(duì)以及上海交通大學(xué)研究員陳乃錄團(tuán)隊(duì)，打破傳統(tǒng)認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)了裂紋前端吸收位錯(cuò)（DACF）現(xiàn)象，并突破超高強(qiáng)鋼的“強(qiáng)度-塑性-韌性”組合極限，構(gòu)建了一種兼具超高強(qiáng)度、塑性和韌性的新型超高強(qiáng)鋼。相關(guān)研究近日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。 低成本且高性能的結(jié)構(gòu)材料，一直是激光智能制造應(yīng)用領(lǐng)域追求的目標(biāo)。然而，受限于其物理本質(zhì)特征，提高材料強(qiáng)度通常以犧牲塑性和韌性為代價(jià)，導(dǎo)致“強(qiáng)度-延性”和“強(qiáng)度-韌性”之間形成了倒置關(guān)系。針對(duì)此問題，目前主流方法側(cè)重于調(diào)整基體合金元素或調(diào)控位錯(cuò)、晶界或相界等缺陷。然而，添加過多的合金元素，無疑會(huì)使得材料成本會(huì)成倍增加，調(diào)控材料缺陷的多步鍛造或軋制工藝更為復(fù)雜。 基于前期發(fā)現(xiàn)的位錯(cuò)越過馬氏體/奧氏體界面（DAMAI）現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種低成本的高碳“淬火-分配-回火”（Q-P-T）鋼。該材料主要由貧碳的回火馬氏體（α:其中奧氏體是高溫下形成的面心立方結(jié)構(gòu)高韌性相）和穩(wěn)定的富碳?xì)埩魥W氏體（γ: 馬氏體是淬火過程中形成的高強(qiáng)度相）組成。 Q-P-T超高強(qiáng)鋼微觀結(jié)構(gòu)圖。圖片由研究團(tuán)隊(duì)提供 論文第一作者張家志和田佳壯介紹，在形變過程中，奧氏體引發(fā)了DAMAI效應(yīng)，位錯(cuò)不斷越過界面，最終導(dǎo)致馬氏體“軟化”且形變能力提高，同時(shí)運(yùn)動(dòng)至奧氏體的位錯(cuò)導(dǎo)致奧氏體“硬化”，在保持強(qiáng)塑積的同時(shí)斷裂韌性大幅提升。 此外，在斷裂過程中，裂紋前端塑性區(qū)發(fā)生DAMAI效應(yīng)，裂紋前端相變區(qū)發(fā)生了異常的DACF效應(yīng)。具體而言，馬氏體中的位錯(cuò)不斷被裂紋前端高韌性奧氏體吸收，顯著緩解了馬氏體中的應(yīng)力集中，推遲了裂紋在馬氏體中的擴(kuò)展。 該研究將有助于開發(fā)高強(qiáng)韌的馬氏體鋼以及其他具有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變（SIMT）現(xiàn)象的高性能合金。 相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2511830122 |
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