北科大吕昭平Nature重磅：最低晶格错配与高密度纳米析出相联手打造超强钢！

2017-04-11 10:36:40 作者：本网整理来源：材料牛分享至：

新一代高性能结构材料需具备轻量化设计与先进的能量应用。马氏体时效钢，结合了马氏体基体与纳米析出相，是一类可满足高性能结构材料需求，具潜力的高强材料。其高强度源于半共格析出相，但这不可避免的会出现不均匀分布，从而导致大的共格应变，这在负载下可能会促生裂纹。

北京科技大学吕昭平教授（通讯作者）等人于2017年4月10日在Nature上发表了最新研究成果，报道了设计超强钢合金的新策略，通过高密度纳米析出相和降低晶格错配实现。他们发现在合金中，高度弥散，完全的共格析出相（析出相的晶格与周围基底的晶格几乎一致）与基底表现出非常低的晶格错配和很高的反相边界能，实现不降低韧性下同时强化合金。如此低的晶格错配（0.03±0.04%）降低了析出相的成核阻力，从而使析出相能以非常高密度（大于1024每立方米）及小尺寸（大约2.7±0.2纳米）的状态稳定析出。颗粒周围最小的弹性错配应变并没有为位错相互作用贡献很多，而这是强度增加所必须的。相反，文中报道的强化机制利用了化学有序效应，当析出相被位错削减时，会产生背应力（与变形相反的力）。研究者制备了一系列钢，利用Ni（Al,Fe）析出相进行强化，使合金强度提高到2.2Gpa，同时还具有很好的延展性（大约8.2%）。与传统马氏体时效钢相比，析出相的化学成分能大幅度削减成本，因为可用一些廉价质轻的元素替代一些高成本的合金元素，如Co、Ti。基于最低晶格错配实现最大析出相分布和高剪切应力（位错刺穿共格析出相从而导致塑性变形引发的应力）实现钢合金的强化，使我们能正视晶格错配设计理念，从而能将其应用到其他的金属合金中。

图一、Ni（Al,Fe）-马氏体时效钢在固溶退火（950℃下15min）和时效（500℃下3h）状态下的机械性质和STEM图