近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所楊上陸團(tuán)隊等，成功突破超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度-塑性-韌性組合極限。該研究發(fā)現(xiàn)了打破傳統(tǒng)認(rèn)知的裂紋前端吸收位錯現(xiàn)象，構(gòu)建出兼具超高強(qiáng)度、塑性和韌性的多尺度材料結(jié)構(gòu)。
由于高Peierls-Nabarro應(yīng)力和有限位錯運動引起局域應(yīng)力集中，提高材料強(qiáng)度通常以犧牲塑性和韌性為代價，造成強(qiáng)度-延性/強(qiáng)度-韌性之間的倒置關(guān)系。目前，克服強(qiáng)度-延性/強(qiáng)度-韌性倒置的主流方法，側(cè)重于調(diào)整基體合金元素或調(diào)控位錯、晶界和/或相界等缺陷。過多的合金元素添加，使材料成本成倍增加、調(diào)控材料缺陷所使用的多步鍛造或軋制工藝更復(fù)雜。
研究團(tuán)隊基于前期發(fā)現(xiàn)的位錯越過馬氏體/奧氏體界面（DAMAI）現(xiàn)象，設(shè)計并制備出低成本的高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）鋼，其主要微觀組織是貧碳的回火馬氏體（α）、穩(wěn)定的富碳?xì)埩魥W氏體（γ）。在形變過程中，穩(wěn)定的富碳?xì)埩魥W氏體引發(fā)DAMAI效應(yīng)，位錯不斷越過馬氏體/奧氏體界面從α到γ中，導(dǎo)致α“軟化”并提高其形變能力；運動到γ中的位錯導(dǎo)致γ“硬化”，在保持50 GPa·%強(qiáng)塑積的同時斷裂韌性達(dá)到130 MPa·m1/2；通過原位透射電鏡發(fā)現(xiàn)打破傳統(tǒng)認(rèn)知的裂紋前端吸收位錯效應(yīng)。
同時，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)生異常的裂紋前端吸收位錯效應(yīng)。在裂紋擴(kuò)展過程中，馬氏體中的位錯不斷被裂紋前端高韌性奧氏體吸收，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。
這一研究有望助力高強(qiáng)韌的馬氏體鋼以及其他具有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變現(xiàn)象的高性能合金的研發(fā)工作。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金/香港研究資助局聯(lián)合科研資助基金、中國博士后科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接
高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）超高強(qiáng)鋼微觀結(jié)構(gòu)圖
本文鏈接：材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)韌化機(jī)理研究獲進(jìn)展http://www.hufazx.com/show-12-1807-0.html
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