硬核!北科大吕昭平等,发篇Nature过大年!

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亚微米级晶粒尺寸的钢通常具有很高的韧性和强度,因此在轻量化技术和节能战略方面具有广阔的前景。迄今为止,工业上通常依赖于扩散相变的超细晶粒(UFG)合金的工业制造仅限于奥氏体到铁素体转变的钢。此外,这些UFG钢的有限加工硬化和均匀伸长率阻碍了它们的广泛应用。

为此,英国谢菲尔德大学W. Mark Rainforth、北京科技大学吕昭平、Suihe Jiang和美国国家标准技术局Huairuo Zhang等人通过微量Cu合金化和控制再结晶过程,在30秒内通过共格无序富铜相的纳米相分离法进行再结晶,在典型Fe-22Mn-0.6C孪晶诱导塑性钢中实现了UFG结构的量产

快速而丰富的纳米沉淀不仅阻止了新鲜再结晶的亚微米晶粒的生长,而且还通过Zener钉扎效应提高了所得UFG结构的热稳定性。此外,由于其充分的连贯性和无序性,析出相在载荷作用下与位错的相互作用较弱。这种方法可以制备晶粒尺寸为800±400纳米的完全重结晶的UFG结构,而不会引入有害的晶格缺陷,如脆性颗粒和偏析的边界。与不添加铜的钢相比,UFG结构的屈服强度增加了一倍,达到约710兆帕,均匀延展性为45%,抗拉强度约为2,000兆帕。

这种晶粒细化的概念可以扩展到其他合金系统,并且制造过程可以很容易地应用于现有的工业生产线。相关结果以“Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility”为题发表在Nature期刊上。

为了通过一条简单的制造路线来制造具有高强度和高延展性的散装UFG钢,将不带固相转变的典型Fe–22Mn–0.6C孪生诱导塑性(TWIP)钢与3 wt%和4 wt%Cu合金化,它可以在重结晶温度下实现快速而充分的纳米沉淀。此后,将Fe-22Mn-0.6C和掺杂Cu的Fe-22Mn-0.6C-3Cu和Fe-22Mn-0.6C-4Cu钢分别称为0Cu,3Cu和4Cu。

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图1 机械性能

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图2 4Cu在760℃退火5 min后的微观组织表征

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图3 退火温度和时间对UFG结构的影响

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图4 有效晶粒细化和高热稳定性的机理

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图5 UFG 0Cu和4Cu的变形微观结构
Gao, J., Jiang, S., Zhang, H. et al. Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility. Nature 590, 262–267 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03246-3

原创文章,作者:Gloria,如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/24/1e320ca616/

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