最新Nature: 增材制造生產高強度合金鋼

【引言】

利用計算機輔助設計模型，激光增材制造可以利用金屬粉末生產復雜的三維組件。這一方法可以實現對加工參數的數字化控制，并通過高冷卻速率以及循環再加熱等手段實現合金微結構。通過研究這一方法，德國馬普所的科學家發現循環再加熱以及內生性熱處理可以觸發鐵-鎳-鋁合金表面發生鎳-鋁沉淀，為制備新型高性能合金材料提供了新的思路。

【成果簡介】

基于這一共沉淀現象，德國馬普研究所的Philipp Kürnsteiner（通訊作者）等人報道了一種可用于激光增材制造的鐵鎳鈦合金（Fe₁₉Ni₅Ti）鋼材。在200攝氏度左右，這一鋼材可以原位形成馬氏體并實現鎳-鈦納米沉淀，從而顯著提高了鋼材的硬度。研究顯示，在鋼材制備過程對納米沉淀和馬氏體轉變進行局部控制可以實現多尺度的復雜分級微結構——由微米級合金層和納米沉淀物構成。受到古代工匠鍛造大馬士革鋼的啟發，研究人員利用這一分級微結構實現了軟硬層交疊的鋼材材料。對這一材料進行性能測試發現，其抗拉強度可以達到1300兆帕，延伸率可以達到10%。研究認為這一原位沉淀強化和局部微結構控制方法在增材制造領域具有潛在的應用前景。2020年06月24日，相關成果以題為“High-strength Damascus steel by additive manufacturing”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 鐵鎳鈦合金（Fe₁₉Ni₅Ti）鋼材樣品

圖2 多尺度微結構表征

圖3 區域馬氏體和奧氏體的APT表征

圖4 熱處理作用分析

圖5 鐵鎳鈦合金（Fe₁₉Ni₅Ti）鋼材的力學性能表征

文獻鏈接：High-strength Damascus steel by additive manufacturing（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2409-3）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。