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東北大學最新研究成果在超高強鋼鐵材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新突破

發(fā)布時間:2023-01-13 作者:劉玉 王鳳輝 來源:中國教育新聞網(wǎng)

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)沈陽1月13日訊(記者 劉玉 通訊員 王鳳輝)今天,《科學》(Science)以長文(Research Article)形式在線發(fā)表東北大學軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室王國棟院士/袁國教授研究團隊在超高強鋼鐵材料增塑機制及組織創(chuàng)新設計方面的最新研究成果。

據(jù)悉,強度和塑性的同時提升是鋼鐵材料領(lǐng)域長期以來存在的重大理論難題,也是從基礎研究到技術(shù)創(chuàng)新和應用實踐的瓶頸,尤其當強度達到2000 MPa級別時,塑性出現(xiàn)斷崖式下降,均勻延伸率普遍低于10%,其根本原因在于傳統(tǒng)馬氏體的初始高密度位錯難以繼續(xù)增殖,且無序排列的幾何取向結(jié)構(gòu)微觀塑性變形極不均勻,容易產(chǎn)生局部應力/應變集中。

該研究針對2000 MPa級馬氏體超高強鋼塑性低的問題,創(chuàng)新提出“馬氏體拓撲學結(jié)構(gòu)設計+亞穩(wěn)相調(diào)控”協(xié)同增塑新機制,成功制備出系列低成本C-Mn系新型超高強鋼,打破了超高強鋼對復雜制備工藝和昂貴合金成分的依賴,也突破了現(xiàn)有2000MPa級馬氏體高強鋼抗拉強度—均勻延伸率的性能邊界。研究團隊提出簡單高效的制備工藝路線,構(gòu)筑出一種全新的拓撲學雙重有序排列的馬氏體和多尺度亞穩(wěn)奧氏體的納米級多層次組織結(jié)構(gòu)。該組織結(jié)構(gòu)通過在變形過程中誘發(fā)板條界面(in-lath-plane slip)位錯滑移、界面塑性和相變誘發(fā)塑性(TRIP)等多種增強增塑機制,促使材料具有持續(xù)較高的加工硬化能力,大幅度提升其強度和塑性,實現(xiàn)了1600~1900MPa屈服強度,2000~2400MPa抗拉強度和18%~25%均勻延伸率的極致性能。

據(jù)介紹,突破金屬材料性能極限是近年來材料領(lǐng)域研究的熱點與難點,該研究提出了馬氏體/奧氏體多層次結(jié)構(gòu)設計新理念,充分挖掘材料潛力,加深了對馬氏體結(jié)構(gòu)調(diào)控以及變形機理的理解和認識,對推動低成本、大尺寸超高強塑性鋼鐵材料的制備和應用具有重大現(xiàn)實意義。該研究不僅對于鋼鐵材料,也為其他超高強塑性金屬材料的開發(fā)制備提供了新的研究思路。

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