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        東北大學(xué)在超高強(qiáng)鋼領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新突破

        2023-03-05 11:59:32
        航空制造技術(shù) 2023年3期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

        2023年1月13日,東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王國棟院士/袁國教授研究團(tuán)隊(duì)在Science上以Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure為題,發(fā)表了在超高強(qiáng)鋼鐵材料增塑機(jī)制及組織創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面的最新研究成果。

        同時(shí)提升強(qiáng)度和塑性,是鋼鐵材料領(lǐng)域長期以來存在的重大理論難題,也是從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐的瓶頸。尤其當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到2000 MPa 級別時(shí),塑性出現(xiàn)斷崖式下降,均勻延伸率普遍低于10%,其根本原因在于傳統(tǒng)馬氏體的初始高密度位錯(cuò)難以繼續(xù)增殖,且無序排列的幾何取向結(jié)構(gòu)微觀塑性變形極不均勻,容易產(chǎn)生局部應(yīng)力/應(yīng)變集中。

        面對上述挑戰(zhàn),研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出“馬氏體拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)+亞穩(wěn)相調(diào)控”協(xié)同增塑新機(jī)制,成功制備出系列低成本C-Mn 系新型超高強(qiáng)鋼,打破了超高強(qiáng)鋼對復(fù)雜制備工藝和昂貴合金成分的依賴,也突破了現(xiàn)有2000 MPa 級馬氏體高強(qiáng)鋼抗拉強(qiáng)度-均勻延伸率的性能邊界。同時(shí),提出簡單高效的制備工藝路線,構(gòu)筑出一種全新的拓?fù)鋵W(xué)雙重有序排列的馬氏體和多尺度亞穩(wěn)奧氏體的納米級多層次組織結(jié)構(gòu)。該組織結(jié)構(gòu)通過在變形過程中誘發(fā)板條界面位錯(cuò)滑移、界面塑性和相變誘發(fā)塑性(TRIP)等多種增強(qiáng)增塑機(jī)制,促使材料具有持續(xù)較高的加工硬化能力,大幅度提升其強(qiáng)度和塑性,實(shí)現(xiàn)了1600~1900 MPa 屈服強(qiáng)度,2000~2400 MPa抗拉強(qiáng)度和18%~25%均勻延伸率的極致性能。

        突破金屬材料性能極限是近年來材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn),該研究提出了馬氏體/奧氏體多層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新理念,充分挖掘材料潛力,加深了對馬氏體結(jié)構(gòu)調(diào)控以及變形機(jī)理的理解和認(rèn)識,對推動低成本、大尺寸超高強(qiáng)塑性鋼鐵材料的制備和應(yīng)用具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

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