新一代高性能結(jié)構(gòu)材料需具備輕量化設(shè)計(jì)與先進(jìn)的能量應(yīng)用。馬氏體時(shí)效鋼，結(jié)合了馬氏體基體與納米析出相，是一類可滿足高性能結(jié)構(gòu)材料需求，具潛力的高強(qiáng)材料。其高強(qiáng)度源于半共格析出相，但這不可避免的會(huì)出現(xiàn)不均勻分布，從而導(dǎo)致大的共格應(yīng)變，這在負(fù)載下可能會(huì)促生裂紋。

    北京科技大學(xué)呂昭平教授（通訊作者）等人于2017年4月10日在Nature上發(fā)表了最新研究成果，報(bào)道了設(shè)計(jì)超強(qiáng)鋼合金的新策略，通過高密度納米析出相和降低晶格錯(cuò)配實(shí)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)在合金中，高度彌散，完全的共格析出相（析出相的晶格與周圍基底的晶格幾乎一致）與基底表現(xiàn)出非常低的晶格錯(cuò)配和很高的反相邊界能，實(shí)現(xiàn)不降低韌性下同時(shí)強(qiáng)化合金。如此低的晶格錯(cuò)配（0.03±0.04%）降低了析出相的成核阻力，從而使析出相能以非常高密度（大于1024每立方米）及小尺寸（大約2.7±0.2納米）的狀態(tài)穩(wěn)定析出。顆粒周圍最小的彈性錯(cuò)配應(yīng)變并沒有為位錯(cuò)相互作用貢獻(xiàn)很多，而這是強(qiáng)度增加所必須的。相反，文中報(bào)道的強(qiáng)化機(jī)制利用了化學(xué)有序效應(yīng)，當(dāng)析出相被位錯(cuò)削減時(shí)，會(huì)產(chǎn)生背應(yīng)力（與變形相反的力）。研究者制備了一系列鋼，利用Ni（Al,Fe）析出相進(jìn)行強(qiáng)化，使合金強(qiáng)度提高到2.2Gpa，同時(shí)還具有很好的延展性（大約8.2%）。與傳統(tǒng)馬氏體時(shí)效鋼相比，析出相的化學(xué)成分能大幅度削減成本，因?yàn)榭捎靡恍┝畠r(jià)質(zhì)輕的元素替代一些高成本的合金元素，如Co、Ti。基于最低晶格錯(cuò)配實(shí)現(xiàn)最大析出相分布和高剪切應(yīng)力（位錯(cuò)刺穿共格析出相從而導(dǎo)致塑性變形引發(fā)的應(yīng)力）實(shí)現(xiàn)鋼合金的強(qiáng)化，使我們能正視晶格錯(cuò)配設(shè)計(jì)理念，從而能將其應(yīng)用到其他的金屬合金中。

    圖一、Ni（Al,Fe）-馬氏體時(shí)效鋼在固溶退火（950℃下15min）和時(shí)效（500℃下3h）狀態(tài)下的機(jī)械性質(zhì)和STEM圖

    圖二、利用高分辨HAADF圖和APT數(shù)據(jù)3D重建確定具全晶格匹配的析出相B2結(jié)構(gòu)性質(zhì)

    圖三、原子探針分析析出相的體層攝影和成分

    圖四、同步輻射XRD結(jié)果表明bcc基底和B2析出相間整體相位轉(zhuǎn)變和極低的晶格錯(cuò)配

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