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研究前沿 | 超級(jí)鋼（含鎂合金）

2018-06-20 11:38:38 作者：本網(wǎng)整理來源：材易通分享至：

1、超高強(qiáng)馬氏體時(shí)效鋼

標(biāo)題：Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation

作者：Suihe Jiang, Hui Wang, Yuan Wu, Xiongjun Liu, et al.

期刊：Nature

DOI:10.1038/nature22032

2017年4月10日，北京科技大學(xué)呂昭平教授作為通訊作者的一篇論文在《Nature》刊登，該文基于晶格錯(cuò)配和高密度納米析出的理念，設(shè)計(jì)并制備出超高強(qiáng)馬氏體時(shí)效鋼，強(qiáng)度最高達(dá)2.2GPa，塑性約為8.2%。

馬氏體時(shí)效鋼（maraging steel）是其中一種高強(qiáng)度材料，其顯微組織為馬氏體基體中包含納米析出粒子。本文利用化學(xué)有序效應(yīng)（chemical ordering effect），設(shè)計(jì)高密度位錯(cuò)及最小的晶格錯(cuò)配的析出物Ni（Al,Fe），不犧牲韌性的同時(shí)強(qiáng)化合金。如此低的晶格錯(cuò)配（0.03±0.04%）降低了析出物的形核能壘，從而使析出物能以非常高密度及小尺寸的狀態(tài)穩(wěn)定析出，當(dāng)析出物被位錯(cuò)切過時(shí)會(huì)產(chǎn)生高剪切應(yīng)力，兩種強(qiáng)化機(jī)制使得高強(qiáng)鋼獲得優(yōu)秀的綜合性能。作者認(rèn)為這種晶格錯(cuò)配的設(shè)計(jì)理念或許可以應(yīng)用于其他金屬合金。

HAADF STEM圖和3D重構(gòu)確定析出物B2

2、D&P超級(jí)鋼

標(biāo)題：High dislocation density–induced large ductility in deformed and partitioned steels

作者：B.B. He, B. Hu, H.W.Yen, G.J. Cheng, Z.K. Wang, H.W. Luo, M.X. Huang

期刊：Science

DOI：10.1126/science.aan0177

2017年08月24日，《Science》期刊發(fā)表了由京港臺(tái)三地的鋼鐵科學(xué)家發(fā)明的D&P超級(jí)鋼。該超級(jí)鋼的屈服強(qiáng)度為2.2GPa，均勻延伸率為16%。

在此次研究中，前瞻性地提出通過提高位錯(cuò)密度可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度和延展性的創(chuàng)新機(jī)理。

該鋼為簡(jiǎn)單中錳鋼體系，成分中合金成本較低（10% Mn，0.47% C，2%鋁Al，0.7%V, wt.%），且具備直接在鋼鐵企業(yè)進(jìn)行百噸級(jí)規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。

D&P鋼與其它金屬材料的強(qiáng)度和延展性的對(duì)比

3、仿骨結(jié)構(gòu)“超級(jí)鋼”

標(biāo)題：Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels

作者：Koyama M, Zhang Z, Wang M, Ponge D, Raabe D, et al.

期刊：Science

DOI: 10.1126/science.aal2766

2017年3月10日，日本九州大學(xué)與美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員在Science發(fā)表了關(guān)于仿骨鋼的論文。受啟發(fā)于動(dòng)物骨骼優(yōu)越的抗斷裂性能，通過深入研究骨骼微觀構(gòu)造，他們?cè)O(shè)計(jì)了同時(shí)具有多相、亞穩(wěn)態(tài)和納米層狀結(jié)構(gòu)三種特征的仿骨鋼（Fe9Mn3Ni1.4Al），其擁有極其出色的抗疲勞斷裂的性能。

研究人員發(fā)現(xiàn)相變誘導(dǎo)的裂紋終止（TICT）與粗糙度誘導(dǎo)的裂紋終止（RICT）這兩種機(jī)理同時(shí)阻止了裂紋的擴(kuò)展。由于存在納米層狀結(jié)構(gòu)，大幅減少裂紋的增長(zhǎng)。此外，仿骨鋼的多相和亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，一些區(qū)域比其他區(qū)域更具有柔韌性，通過相變可以吸收那些可能幫助微裂紋擴(kuò)展的能量，甚至還可以使產(chǎn)生的微裂紋重新閉合。

研究人員表示，該材料可構(gòu)建從橋梁到航天器的所有東西，并避免由金屬疲勞所引起的災(zāi)難。而且這種策略也可以用于設(shè)計(jì)其他合金，提高它們對(duì)機(jī)械疲勞的抵抗力。

仿骨合金與其他幾種鋼的結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

4、超強(qiáng)鎂合金

標(biāo)題：Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys

作者：Ge Wu, Ka-Cheung Chan, Linli Zhu, Ligang Sun, Jian Lu

期刊：Nature

DOI：10.1038/nature21691

2017年4月5日，香港城市大學(xué)呂堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)首次制備出了超納鎂合金材料。該鎂合金具備3.3GPa的超高強(qiáng)度，達(dá)到了近理論值E/20（E為材料的楊氏模量）。該課題組采用特殊的磁控濺射方法制備大體積的超納雙相材料（平均成分為Mg49Cu42Y9（at.%）），其中結(jié)構(gòu)為~6nm 尺寸的納米晶MgCu2均勻彌散分布于非晶殼Mg69Cu11Y20中（納米晶的體積百分比為56%）且晶粒呈現(xiàn)其低位錯(cuò)密度（quasi “dislocation free”）性質(zhì)。

該鎂合金所具有的小于10nm的超納雙相-玻璃納米晶（supra-nano-dual-phaseglass-crystal，簡(jiǎn)稱SNDP-GC）結(jié)構(gòu)具備quasi “dislocation free”的納米晶相及弛豫的非晶相，打破了材料的尺寸效應(yīng)。鎂基超納雙相-玻璃納米晶材料具有鎂合金所固有的低模量。鎂基超納雙相-玻璃納米晶材料的變形機(jī)制為多重初生剪切帶的形成與納米晶粒的塑性變形。

鎂基超納雙相-玻璃納米晶材料將會(huì)成為一種新的原型材料，在具有超高強(qiáng)度、超高耐磨性能的生物可降解植入材料方面將得以應(yīng)用。

鎂基超納雙相-玻璃納米晶材料與其他合金性能對(duì)比