近期，中國科學院金屬研究所特種合金研究部先進特殊鋼團隊牛夢超博士、王威研究員、楊柯研究員聯合香港理工大學焦增寶教授，針對Fe-Ni-Ti基馬氏體時效鋼時效后出現的晶間脆性問題，通過研究溶質原子相互作用對晶界偏析、析出和斷裂的影響，發現高強度馬氏體時效鋼晶界處形成粗大的Ni₃Ti析出相和相應的無析出區（PFZs）是造成晶間脆化的主要原因，這些區域有利于裂紋在晶界處形核和擴展，同時研究發現，通過合理的Mo合金化，能夠有效抑制晶間脆化，從而大大提高鋼材的韌性。從原子尺度分析顯示，Mo可以減少Ni和Ti在晶界的偏析，有效地抑制粗大的Ni₃Ti析出物和PFZs在晶界處的形成，同時，Mo偏析增強了晶界的凝聚力，這也可能在抑制沿晶斷裂方面起到了次要作用。

相關研究結果以“Atomic-scale understanding of solute interaction effects on grain boundary segregation, precipitation, and fracture of ultrahigh-strength maraging steels”發表于Acta Materialia, 2023, 253: 118972。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118972

這是繼該團隊在高強度馬氏體時效鋼中發現Co在時效初期降低Ni和Ti原子間相互作用能，導致Co-Ni-Ti團簇優先在過飽和固溶體中形成(Acta Materialia, 2019,179: 296-307)以及利用納米Ni₃Ti、富Mo相、富Cr相的復合析出強化開發出兼具超高強度、良好塑韌性和耐腐蝕性能的新型馬氏體時效不銹鋼(Acta Materialia, 2021,209:116788)之后，利用納米相調控材料性能的又一研究突破，向超高強度鋼的成分以及結構調控方面邁出了重要一步。該研究工作得到了國家重點研發計劃和中國科學院科學家工作室項目的資助。

圖1.無Mo鋼和含Mo鋼在不同時效狀態下的拉伸曲線和時效2 h拉伸后的斷口形貌

圖2. 無Mo鋼和含Mo鋼時效2 h時的顯微組織

圖3. 無Mo鋼時效2 h后析出相和晶界元素偏聚的APT表征

圖4. 含Mo鋼時效2 h后析出相和晶界元素偏聚的APT表征

圖5. Fe-Ni-Ti- (Mo)馬氏體時效鋼斷裂機理示意圖