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東北大學：超塑性110%！開發高強度-超塑性超細晶鐵素體鋼！

2021-02-19 15:35:57 作者：本網整理來源：材料學網微信公眾號分享至：

導讀：在涉及各種應變速率和高溫情況下，我們對納米Fe3C碳化物的高強度UFG鐵素體鋼的高強度和高塑性機制的理解目前還存在差距。為了解決我們知識中的缺口，本文進行了一系列實驗，UFG鐵素體鋼在600 ℃，特別是在0.0017 s-1應變速率下，具有較高的抗拉強度和斷后延伸率，抗拉強度為510 MPa，低溫超塑性（110%）良好。在相同的溫度下，這些力學性能明顯優于類似類型的鋼。

鐵素體鋼是中碳低合金鋼，鑒于其優異的加工硬化能力和令人印象深刻的高屈服強度，它們已在壓力容器和其他戰略應用中得到應用。然而，一個重要的缺點是它們在高強度下的低伸長率，這阻礙了它們在工業中的潛在應用。最近的研究表明，有可能通過晶粒細化和納米尺寸碳化物的沉淀來提高強度和韌性。然而，有必要了解變形過程中應變速率和溫度對具有納米尺寸沉淀物的UFG鋼的綜合影響。從基礎知識的角度和服務環境的角度來看，這種理解都很重要。盡管鋼在高溫下的機械性能是防火結構設計和數值模擬建模中的重要參數。一般來說，屈服強度和抗拉強度隨著溫度的升高而降低。因此，對改善鐵素體鋼的高溫機械性能給予了極大的關注。

在金屬材料中，晶粒細化是提高強度的有效方法，并在實踐中得到廣泛應用。不可避免地，提高溫度會引入微觀結構不穩定性，例如位錯恢復和晶粒生長，這嚴重惡化了機械性能。然而，它可以通過納米顆粒的沉淀強化和抑制晶粒生長來補償，從而改善高溫機械性能。最典型的例子是氧化物彌散強化鋼，它是由彌散的氧化物強化的，在600 ℃時抗拉強度可達430 MPa。有趣的是，在UFG合金中，除了動態位錯恢復和動態再結晶之外，晶界滑動可能在高溫低應變率下發生，因為滑動中涉及大量晶界，并且通過擴散和/或滑移適應的距離小，這有助于超塑性。

目前對高強度或冷成型鋼在高溫下的材料性能的了解有限，尤其是對UFG鋼而言。此外，動態變形條件不僅影響基體結構的演變，還影響材料的沉淀行為，這兩個因素的綜合作用決定了具有納米尺寸沉淀的UFG材料的性能。

最近，東北大學通過結合應變速率、溫度和納米尺寸碳化物的影響，提出了對UFG鐵素體鋼的機械行為的機械理解。通過在較寬的溫度（25-600℃）和應變速率范圍內進行一系列拉伸試驗，研究了溫度和應變速率對UFG鋼的納米尺寸沉淀物、高溫強度和斷裂機理的影響，這些都是以前沒有研究過的。所獲得的基本理解有望促進新鋼材的設計，以便在涉及不同應變率和高溫組合的情況下使用。相關研究成果以題“High strength-superplasticity combination of ultrafine-grained ferritic steel: the significant role of nanoscale carbides”發表在金屬頂刊Journal of Materials Science & Technology上。

論文鏈接：https/77726476706e69737468656265737421e7e056d234336155700b8ca891472636a6d29e640e/science/article/pii/S1005030221001122#!