Adv. Mater. 劇烈機械變形成為鋼中誘發馬氏體新機制

鋼無疑是當今世界應用最廣的工程結構材料，沒有之一。資料顯示，世界每年的鋼產量已經超過16億噸。它被廣泛應用的原因除了具有鐵磁性、剛度高、抗腐蝕性好等因素之外，最重要的原因就是它具有優異的綜合力學性能。通過調控鋼的微觀組織，就可以得到所需的性能。

在鋼的大家庭中，普通碳鋼由于同時兼具性能和價格因素獲得工業界的廣泛認可。對于碳鋼，一個很重要的強化手段就是形成馬氏體組織，它是一種亞穩Fe-C相，具有體心四方晶體結構。要想形成馬氏體，需要滿足兩個條件，首先是C濃度足夠高，其次就是要從高溫面心立方奧氏體相快速冷卻至低溫。

近日，來自馬克斯普朗克鋼鐵研究所的研究人員在Advanced Materials上報道了他們的最新研究成果。他們結合原子探針及同步輻射X射線手段對兩種珠光體鋼（低共析鋼和過共析鋼）進行了研究，發現在這種包含鐵素體及滲碳體但完全沒有奧氏體的組織中，通過劇烈的機械變形竟然形成了Fe-C馬氏體。這種變形誘發的納米尺度相變為調控納米結構鋼及其表面的力學性能提供了一個全新的思路。

圖1 鐵素體的結構演化

a, b: 鐵素體沿a軸和c軸的點陣參數以及單胞體積和c/a比值隨著拉拔應變的變化情況，綠色虛線對應純鐵的值，粉色虛線對應著c/a=1，藍色虛線標注了結構演化的不同階段；
c: 鐵素體晶粒內部碳濃度大小隨著拉拔應變的變化情況。

圖2 預測出的Fe-C平衡相圖

藍色線表示0.2%點陣應變下有序無序相變溫度隨著碳濃度的變化情況，紅色線表示沒有任何應變下有序無序相變溫度隨著碳濃度的變化情況，紅色框表示唯一能查到的淬火馬氏體相變的數據點，藍色點表示本文中測到的畸變馬氏體中碳濃度的數據點，虛線表示通過微觀彈性理論預測的有序無序相變線。

圖3 與文獻中數據進行對比

與文獻中的數據對比發現，本文中的數據將淬火馬氏體的數據延伸到了碳濃度很低的水平，表明拉拔使得原始體心立方相發生了類似馬氏體的四方畸變。

文獻鏈接：Deformation-Induced Martensite: A New Paradigm for Exceptional Steels（Adv. Mater. , 2016, DOI:?10.1002/adma.201601526）

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