北科大吕昭平Nature重磅：最低晶格错配与高密度纳米析出相联手打造超强钢！

大黑天 8年前 (2017-04-11) 22315浏览

【前言】

作为一种先进的超高强韧钢铁材料，马氏体时效钢在航空航天、高速列车、先进核能和清洁能源以及国防领域发挥着关键作用，因而具有重要的应用价值。传统马氏体时效钢的强化机制始终是基于半共格析出的金属间化合物微颗粒的增强作用，由于基体与结构迥异增强相的半共格界面关系，导致颗粒分布不均匀，同时造成严重的共格畸变，从而在材料承载时易萌生裂纹或者局部应变，这极大的限制了材料的韧塑性同时影响材料服役的安全性和可靠性。此外，传统马氏体时效钢含有大量昂贵金属元素，制备过程需要反复精炼等非常严格的控制，这些都严重限制该类超高强钢的应用，成为困扰高端钢铁工业发展的难题。

【成果简介】

针对上述问题，北京科技大学吕昭平教授课题组通过创新超高强度钢的合金设计理念，发展了超强韧的高密度有序Ni(Al,Fe)纳米颗粒强化高性能新型马氏体时效钢，其中抗拉强度不低于2.2GPa，拉伸塑性不低于8% 。新型超高强韧钢的强化主要是基于最低错配度下获得最大程度弥散析出和高剪切应力的创新思想，即一方面通过“点阵错配度最小化”，显著降低金属间化合物颗粒析出的形核势垒，促进颗粒均匀弥散分布，并显著提高强化颗粒的体积密度和热稳定性，低错配度共格界面结合小尺度有效缓解增强颗粒周边微观弹性畸变，改善材料宏观均匀塑性变形能力；另一方面，引入“有序效应”作为主要强化机制，有效阻碍位错对增强相颗粒的切过作用，从而获得优异综合性能的新型马氏体时效钢。除此之外，新型超强韧马氏体时效钢通过采用Al元素代替传统马氏体时效钢中昂贵的合金元素，可添加传统马氏体时效钢所避免的C元素，初步实现了高端钢铁材料的制备工艺简化和低成本的目标，不但有力地推动该类材料的实际工程应用，同时为新型超高强度材料的发展打开了新的研究思路。该最新研究成果发表在2017年4月10日Nature上，题目“Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation”。

【图文解读】

图一、Ni(Al,Fe)-马氏体时效钢在固溶退火（950℃下15min）和时效（500℃下3h）状态下的机械性质和STEM图