近期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所特種合金研究部先進(jìn)特殊鋼團(tuán)隊(duì)牛夢(mèng)超博士、王威研究員、楊柯研究員聯(lián)合香港理工大學(xué)焦增寶教授，針對(duì)Fe-Ni-Ti基馬氏體時(shí)效鋼時(shí)效后出現(xiàn)的晶間脆性問(wèn)題，通過(guò)研究溶質(zhì)原子相互作用對(duì)晶界偏析、析出和斷裂的影響，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼晶界處形成粗大的Ni₃Ti析出相和相應(yīng)的無(wú)析出區(qū)（PFZs）是造成晶間脆化的主要原因，這些區(qū)域有利于裂紋在晶界處形核和擴(kuò)展，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)合理的Mo合金化，能夠有效抑制晶間脆化，從而大大提高鋼材的韌性。從原子尺度分析顯示，Mo可以減少Ni和Ti在晶界的偏析，有效地抑制粗大的Ni₃Ti析出物和PFZs在晶界處的形成，同時(shí)，Mo偏析增強(qiáng)了晶界的凝聚力，這也可能在抑制沿晶斷裂方面起到了次要作用。

相關(guān)研究結(jié)果以“Atomic-scale understanding of solute interaction effects on grain boundary segregation, precipitation, and fracture of ultrahigh-strength maraging steels”發(fā)表于Acta Materialia, 2023, 253: 118972。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118972

這是繼該團(tuán)隊(duì)在高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼中發(fā)現(xiàn)Co在時(shí)效初期降低Ni和Ti原子間相互作用能，導(dǎo)致Co-Ni-Ti團(tuán)簇優(yōu)先在過(guò)飽和固溶體中形成(Acta Materialia, 2019,179: 296-307)以及利用納米Ni₃Ti、富Mo相、富Cr相的復(fù)合析出強(qiáng)化開(kāi)發(fā)出兼具超高強(qiáng)度、良好塑韌性和耐腐蝕性能的新型馬氏體時(shí)效不銹鋼(Acta Materialia, 2021,209:116788)之后，利用納米相調(diào)控材料性能的又一研究突破，向超高強(qiáng)度鋼的成分以及結(jié)構(gòu)調(diào)控方面邁出了重要一步。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院科學(xué)家工作室項(xiàng)目的資助。

圖1.無(wú)Mo鋼和含Mo鋼在不同時(shí)效狀態(tài)下的拉伸曲線和時(shí)效2 h拉伸后的斷口形貌

圖2. 無(wú)Mo鋼和含Mo鋼時(shí)效2 h時(shí)的顯微組織

圖3. 無(wú)Mo鋼時(shí)效2 h后析出相和晶界元素偏聚的APT表征

圖4. 含Mo鋼時(shí)效2 h后析出相和晶界元素偏聚的APT表征

圖5. Fe-Ni-Ti- (Mo)馬氏體時(shí)效鋼斷裂機(jī)理示意圖