中科院金屬所Acta Materialia：2.5GPa級馬氏體時效鋼時效過程中沉淀析出和強化行為

【簡介】

馬氏體時效鋼兼具高強度和高韌性，被認為是飛機起落架、火箭發動機箱、潛艇外殼和低溫導彈等關鍵應用的重要候選材料，其高強度通常是由馬氏體基體與時效過程中形成的高密度的納米析出相共同強化來實現的。研究人員通常關注峰時效狀態下馬氏體時效鋼的微觀結構與力學性能之間的關系，從而忽略了早期時效現象及其對后續時效過程的影響。近年來，包括透射電子顯微鏡(TEM)，小角度X射線散射，三維原子探針（3DAP），第一原理計算和分子動力學等實驗技術和計算方法的結合，為研究馬氏體時效鋼中析出相的演化過程，提供了強大的技術基礎，同時也為系統研究時效初期納米析出相的形成機制以及整個時效過程中的演化規律提供了基礎。

【成果簡介】

近日，中國科學院金屬研究所先進鋼鐵結構材料研究團隊的牛夢超博士生（第一作者）以及楊柯研究員、王威研究員(共同通訊作者)在Acta Materialia上發表題為“Precipitate evolution and strengthening behavior during aging process in a 2.5 GPa grade maraging steel”的文章。研究人員利用原子探針層析成像(APT)，HRTEM和第一性原理計算揭示了Ni₃Ti和富鉬納米粒子在2.5 GPa級馬氏體時效鋼中的共沉淀機制。時效初期Ni和Ti原子之間的低相互作用能導致富Ni-Ti團簇優先在過飽和固溶體中形成，隨著時效時間的延長，富Ni-Ti團簇最終形成穩定的Ni₃Ti，同時時效過程Mo原子不斷從富Ni-Ti團簇中排出，在Ni₃Ti與基體的界面處形成富Mo相，最終與Ni₃Ti相一起形成核殼結構。

【圖文解讀】

圖一 實驗鋼在480℃ 時效240 min 后的TEM明場像（a），Ni3Ti 的HRTEM 圖像(b)

圖二 利用三維原子探針技術對樣品進行的三維重建

綠色：選取35%Ni-Ti作為等濃度面; 紅色：選取10%Mo作為等濃度面。

圖三 選區的一維濃度分布
(a)、(b)、(c)對應于圖二(a)、(b)、(c)

圖四 基于最大分離方法的富Ni-Ti團簇分布

圖五 不同原子的第一至第五的近鄰相互作用能
圖六 Co、Ni、Ti團簇形成能分析
(a) Co、Ni、Ti形成團簇分布

(b) Ni、Ti團簇分布，Co分散分布

(c) CoNi，CoTi團簇分布

圖七 Co/Fe對Ni₃Ti形成能的分析
【團隊介紹】

中國科學院金屬研究所單以銀研究員負責的先進鋼鐵結構材料課題組一直從事高強度鋼以及高強度不銹鋼的研發及應用研究工作，通過建立成分－組織－力學性能之間的關系，相繼開發出了不同強度級別的超高強度馬氏體時效鋼及高強度馬氏體時效不銹鋼，目前與撫順特鋼、美國波音、德國博世等國內外知名企業正在開展高強度鋼的應用以及市場轉化工作。

文獻鏈接：Precipitate evolution and strengthening behavior during aging process in a 2.5 GPa grade maraging steel(Acta Materialia, 2019, DOI: 10.1016/j.actamat.2019.08.042)

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