Adv. Mater. 剧烈机械变形成为钢中诱发马氏体新机制

钢无疑是当今世界应用最广的工程结构材料，没有之一。资料显示，世界每年的钢产量已经超过16亿吨。它被广泛应用的原因除了具有铁磁性、刚度高、抗腐蚀性好等因素之外，最重要的原因就是它具有优异的综合力学性能。通过调控钢的微观组织，就可以得到所需的性能。

在钢的大家庭中，普通碳钢由于同时兼具性能和价格因素获得工业界的广泛认可。对于碳钢，一个很重要的强化手段就是形成马氏体组织，它是一种亚稳Fe-C相，具有体心四方晶体结构。要想形成马氏体，需要满足两个条件，首先是C浓度足够高，其次就是要从高温面心立方奥氏体相快速冷却至低温。

近日，来自马克斯普朗克钢铁研究所的研究人员在Advanced Materials上报道了他们的最新研究成果。他们结合原子探针及同步辐射X射线手段对两种珠光体钢（低共析钢和过共析钢）进行了研究，发现在这种包含铁素体及渗碳体但完全没有奥氏体的组织中，通过剧烈的机械变形竟然形成了Fe-C马氏体。这种变形诱发的纳米尺度相变为调控纳米结构钢及其表面的力学性能提供了一个全新的思路。

图1 铁素体的结构演化

a, b: 铁素体沿a轴和c轴的点阵参数以及单胞体积和c/a比值随着拉拔应变的变化情况，绿色虚线对应纯铁的值，粉色虚线对应着c/a=1，蓝色虚线标注了结构演化的不同阶段；
c: 铁素体晶粒内部碳浓度大小随着拉拔应变的变化情况。

图2 预测出的Fe-C平衡相图

蓝色线表示0.2%点阵应变下有序无序相变温度随着碳浓度的变化情况，红色线表示没有任何应变下有序无序相变温度随着碳浓度的变化情况，红色框表示唯一能查到的淬火马氏体相变的数据点，蓝色点表示本文中测到的畸变马氏体中碳浓度的数据点，虚线表示通过微观弹性理论预测的有序无序相变线。

图3 与文献中数据进行对比

与文献中的数据对比发现，本文中的数据将淬火马氏体的数据延伸到了碳浓度很低的水平，表明拉拔使得原始体心立方相发生了类似马氏体的四方畸变。

文献链接：Deformation-Induced Martensite: A New Paradigm for Exceptional Steels（Adv. Mater. , 2016, DOI: 10.1002/adma.201601526）

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