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研究前沿 | 超級鋼（含鎂合金）

2018-06-20 11:38:38 作者：本網整理來源：材易通分享至：

1、超高強馬氏體時效鋼

標題：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，該文基于晶格錯配和高密度納米析出的理念，設計并制備出超高強馬氏體時效鋼，強度最高達2.2GPa，塑性約為8.2%。

馬氏體時效鋼（maraging steel）是其中一種高強度材料，其顯微組織為馬氏體基體中包含納米析出粒子。本文利用化學有序效應（chemical ordering effect），設計高密度位錯及最小的晶格錯配的析出物Ni（Al,Fe），不犧牲韌性的同時強化合金。如此低的晶格錯配（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穩定析出，當析出物被位錯切過時會產生高剪切應力，兩種強化機制使得高強鋼獲得優秀的綜合性能。作者認為這種晶格錯配的設計理念或許可以應用于其他金屬合金。

HAADF STEM圖和3D重構確定析出物B2

2、D&P超級鋼

標題：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》期刊發表了由京港臺三地的鋼鐵科學家發明的D&P超級鋼。該超級鋼的屈服強度為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密度可以同時實現提高強度和延展性的創新機理。

該鋼為簡單中錳鋼體系，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進行百噸級規模的工業化生產的潛力。

D&P鋼與其它金屬材料的強度和延展性的對比

3、仿骨結構“超級鋼”

標題：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，日本九州大學與美國麻省理工學院的研究人員在Science發表了關于仿骨鋼的論文。受啟發于動物骨骼優越的抗斷裂性能，通過深入研究骨骼微觀構造，他們設計了同時具有多相、亞穩態和納米層狀結構三種特征的仿骨鋼（Fe9Mn3Ni1.4Al），其擁有極其出色的抗疲勞斷裂的性能。

研究人員發現相變誘導的裂紋終止（TICT）與粗糙度誘導的裂紋終止（RICT）這兩種機理同時阻止了裂紋的擴展。由于存在納米層狀結構，大幅減少裂紋的增長。此外，仿骨鋼的多相和亞穩態結構，一些區域比其他區域更具有柔韌性，通過相變可以吸收那些可能幫助微裂紋擴展的能量，甚至還可以使產生的微裂紋重新閉合。

研究人員表示，該材料可構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難。而且這種策略也可以用于設計其他合金，提高它們對機械疲勞的抵抗力。

仿骨合金與其他幾種鋼的結構對比圖

4、超強鎂合金

標題：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，香港城市大學呂堅教授團隊首次制備出了超納鎂合金材料。該鎂合金具備3.3GPa的超高強度，達到了近理論值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.%）），其中結構為~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%）且晶粒呈現其低位錯密度（quasi “dislocation free”）性質。

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，簡稱SNDP-GC）結構具備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。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成為一種新的原型材料，在具有超高強度、超高耐磨性能的生物可降解植入材料方面將得以應用。

鎂基超納雙相-玻璃納米晶材料與其他合金性能對比