最新Nature: 增材制造生产高强度合金钢

【引言】

利用计算机辅助设计模型，激光增材制造可以利用金属粉末生产复杂的三维组件。这一方法可以实现对加工参数的数字化控制，并通过高冷却速率以及循环再加热等手段实现合金微结构。通过研究这一方法，德国马普所的科学家发现循环再加热以及内生性热处理可以触发铁-镍-铝合金表面发生镍-铝沉淀，为制备新型高性能合金材料提供了新的思路。

【成果简介】

基于这一共沉淀现象，德国马普研究所的Philipp Kürnsteiner（通讯作者）等人报道了一种可用于激光增材制造的铁镍钛合金（Fe₁₉Ni₅Ti）钢材。在200摄氏度左右，这一钢材可以原位形成马氏体并实现镍-钛纳米沉淀，从而显著提高了钢材的硬度。研究显示，在钢材制备过程对纳米沉淀和马氏体转变进行局部控制可以实现多尺度的复杂分级微结构——由微米级合金层和纳米沉淀物构成。受到古代工匠锻造大马士革钢的启发，研究人员利用这一分级微结构实现了软硬层交叠的钢材材料。对这一材料进行性能测试发现，其抗拉强度可以达到1300兆帕，延伸率可以达到10%。研究认为这一原位沉淀强化和局部微结构控制方法在增材制造领域具有潜在的应用前景。2020年06月24日，相关成果以题为“High-strength Damascus steel by additive manufacturing”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 铁镍钛合金（Fe₁₉Ni₅Ti）钢材样品

图2 多尺度微结构表征

图3 区域马氏体和奥氏体的APT表征

图4 热处理作用分析

图5 铁镍钛合金（Fe₁₉Ni₅Ti）钢材的力学性能表征

文献链接：High-strength Damascus steel by additive manufacturing（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2409-3）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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