導(dǎo)讀：通過納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成功獲得穩(wěn)定的納米沉淀，但納米沉淀的數(shù)量密度很難再進(jìn)一步增加。有研究人員試圖通過引入高效成核位點(diǎn)（例如位錯(cuò)）來提高數(shù)密度。然而，對于位錯(cuò)對成核勢壘最小的相干納米沉淀物的成核和生長的影響仍然存在爭議。本文研究了一種典型的共格納米沉淀物——HSLA 鋼中富銅的納米沉淀物。通過分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)對一定密度范圍內(nèi)大量富銅納米沉淀物的形成是有害的。位錯(cuò)不足會(huì)剝奪溶質(zhì)原子，這些原子會(huì)減少均質(zhì)沉淀，而異質(zhì)沉淀的增加無法彌補(bǔ)這一點(diǎn)。通過控制位錯(cuò)密度，與傳統(tǒng)的固溶淬火工藝相比，屈服強(qiáng)度提高了24%，而延展性沒有明顯損失。這項(xiàng)工作將有助于優(yōu)化充分利用納米沉淀強(qiáng)化效應(yīng)的組成和加工路線。

近年來，沉淀強(qiáng)化策略被用于開發(fā)具有高沖擊韌性、良好的耐腐蝕性和可焊性以及低成本的高強(qiáng)度低合金（HSLA）鋼，在民用基礎(chǔ)設(shè)施、交通和國防等領(lǐng)域得到了廣泛的結(jié)構(gòu)應(yīng)用。通過納米沉淀強(qiáng)化遇到的缺點(diǎn)是納米沉淀具有很高的粗化趨勢，這會(huì)降低數(shù)密度并增加平均尺寸。在一定的結(jié)構(gòu)或類型下，除非增加合金含量，否則不能增加時(shí)效峰（達(dá)到峰值硬度的時(shí)間）處納米析出物的數(shù)量密度。合金含量的增加會(huì)導(dǎo)致尺寸變大、成本增加、新相不理想等一系列問題。

為了滿足人們在前所未有的環(huán)境挑戰(zhàn)下對超高強(qiáng)度金屬日益增長的需求，最大化析出強(qiáng)化的方法值得思考探索。因此，南京理工大學(xué)研究人員們將研究的重點(diǎn)放在深入了解位錯(cuò)對富銅納米析出物形成和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機(jī)制的影響上。通過控制位錯(cuò)密度，與傳統(tǒng)的固溶淬火工藝相比，屈服強(qiáng)度提高了24%，而延展性沒有明顯損失。這項(xiàng)工作將有助于優(yōu)化充分利用納米沉淀強(qiáng)化效應(yīng)的組成和加工路線。相關(guān)研究成果以題為“Control of dislocation density maximizing precipitation strengthening effect”發(fā)表在材料學(xué)頂刊Journal of Materials Science & Technology上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.03.010

具有相當(dāng)高位錯(cuò)密度的馬氏體鋼不適合通過冷變形進(jìn)一步增加位錯(cuò)密度。因此，研究者們嘗試著通過對馬氏體分?jǐn)?shù)較少的熱軋鋼進(jìn)行冷變形，以及通過固溶后緩慢冷卻來改變位錯(cuò)密度。采用傳統(tǒng)固溶淬火時(shí)效處理的參考鋼進(jìn)行比較。結(jié)果表明，這些樣品在降水和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變方面的行為存在顯著差異，本文詳細(xì)討論了其原因。

圖 1。熱處理對時(shí)效前后屈服強(qiáng)度 (YS) 和拉伸強(qiáng)度 (TS) 的影響。

圖 2。不同熱處理的選擇性工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

圖 3。IPF疊加不同熱處理的晶界圖

在變形和馬氏體相變過程中會(huì)產(chǎn)生大量位錯(cuò)。這些位錯(cuò)可能起到三重作用。首先，位錯(cuò)作為異質(zhì)成核位點(diǎn)和快速管道擴(kuò)散路徑，從而對富銅納米沉淀物的成核和生長產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。二是移動(dòng)位錯(cuò)受到現(xiàn)有位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的阻礙，導(dǎo)致長程力和加工硬化效應(yīng)。第三是變形過程中位錯(cuò)和納米析出物之間的相互作用。因此，評估每次熱處理中的位錯(cuò)密度至關(guān)重要。

圖 4。不同熱處理的 TEM 顯微照片

圖 5。（a）圖4（b）中箭頭納米沉淀物的EDS分析，（b）圖4（c）中箭頭納米沉淀物，（c）圖4（d）中納米沉淀物。

圖 6。時(shí)效樣品的 TEM 顯微照片

圖 7。不同熱處理下富銅納米析出物的尺寸分布

圖 8。不同直徑富銅析出物的IFFT圖像

圖 9。在不同熱處理中具有 bcc（紅色）、9R（綠色）、3R（藍(lán)色）和 fcc（黑色）結(jié)構(gòu)的富銅納米沉淀物的數(shù)量分?jǐn)?shù)