《奥氏体场和马氏体热压成形钢多层钢板的超高强度和优异的延展性》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-05-20
  • 奥氏体哈德菲尔德钢板表现出相对较低的屈服强度0.4-0.5GPa和锯齿状流动,尽管具有优异的拉伸强度和延展性以及高度持续的应变硬化。为了克服这些缺点,通过使用超高强度马氏体热压成型(HPF)钢板的辊压粘合制造多层钢(MLS)板。在Hadfield / HPF界面附近,渗碳和脱碳层是由Hadfield(1.2%的C)到HPF(0.23%的C)层的碳扩散形成的,并且可以产生一种非常薄的多层35厚度为μm。 Hadfield / HPF MLS板的所有拉伸性能(屈服强度; 946MPa,拉伸强度; 1291MPa,伸长率; 44.5%)优于Hadfield板的拉伸性能。有趣的是,在目前的MLS板材中,持久伸长率高达44.5%,高于Hadfield钢,这是一个非常独特和有趣的特征。 MLS板材的强度和延展性的同时增强通过以下贡献来解释:1)填充的双晶形成,2)几何必要的位错(GND)的产生,以及3)薄界面层内的背应力的增加。

    ——文章发布于2019年5月17日

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    • 编译者:Hazel
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    • 弗劳恩霍夫IWU(Fraunhofer IWU)和弗莱贝格工业大学(TU Bergakademie Freiberg)(德国)的研究人员开发出一种具有TRIP/TWIP特性的冷成型铜合金奥氏体铸钢。该项目由德国科学基金会(DFG)资助。 在交通沿线岩壁、隧道墙体或地下采矿作业区的岩层锚杆应用中,坠落的岩石可能对锚杆造成损伤。而经测试,这种新型冷成型合金在承受此类载荷时会再次发生硬化,从而提升材料性能。紧固件系统同样能受益于这一特性。 这项创新的核心在于TRIP/TWIP效应,正是这一效应赋予了新型铸钢卓越性能。TRIP代表“转化诱导的可塑性”,TWIP意为“孪生诱导的可塑性”——这两种机制能使材料在载荷下发生微观结构转变,从而显著提升强度与延展性。 TRIP效应:在机械应力作用下,部分奥氏体(一种柔软且强韧的结构相)会转变为马氏体(坚硬致密的相)。这种相变会导致材料局部硬化,从而增强其抗开裂性能。 TWIP效应:在奥氏体中形成所谓的变形孪晶,这些孪晶结构同样能强化材料并提高其韧性。 弗劳恩霍夫IWU研究所“铸钢冷成形”研究项目负责人娜丁·莱纳特(Nadine Lehnert)解释道,“这两种效应共同作用,显著提升了材料的抗拉强度和机械能吸收能力。而且这两种效应的协同作用不仅大幅增强材料强度,延缓动态载荷下的部件失效,更显著提高了材料在冲击情况下的成形能力和能量吸收性能” 其工作原理如下:首先,通过冷锻将所考虑的铸钢合金初始坯料加工成具有细晶粒、逆转变奥氏体微观结构的产品。生产流程始于粗晶奥氏体结构——工件首先在挤压模具中减小直径,这种机械应力会因TRIP/TWIP效应(相变诱导塑性/孪晶诱导塑性)导致部分马氏体结构形成。随后的热处理通过马氏体逆转变为奥氏体,使部件晶粒尺寸细化(获得细晶粒)。在高载荷下,部件可能发生开裂(尤其奥氏体结构中),但裂纹不会导致完全失效,而是因结构的马氏体相变而终止。这种重新硬化(马氏体)甚至能进一步提升材料的承载能力。 高安全性潜力应用领域 这种新型铸钢的独特性能使其成为安全关键型应用的理想选择,尤其是在对强度、韧性和可靠性要求极高的场景中。 汽车工程:螺钉、底盘部件、碰撞吸能装置和车身结构可受益于该材料的高能量吸收特性与碰撞安全性。 航空航天:结构件和紧固件采用这种新型铸钢后,可实现更轻量化且更高强度的设计。 医疗技术:凭借材料的高生物相容性和强度,植入物和手术器械的性能可进一步优化。 建筑与基础设施:岩层锚杆以及桥梁隧道的紧固元件因材料的高抗裂性而更具安全性。该合金的优势在材料耐久性至关重要的场景中尤为突出——即使面临极端载荷仍能保持稳定性能。 节能冷成形的关键技术 这种新型铸钢同样适用于冷锻工艺。该技术可在室温下直接成型部件,从而省去热轧等能耗密集型工序。莱纳特(Lehnert)解释道:“冷成形工艺链显著更短且高效。我们以预铸坯料为起点直接成型,无需热成形所需的加热、轧制和除鳞等高能耗步骤。” 聚焦可持续性与成本效益 除技术优势外,该新型铸钢的研发还兼具生态与经济效益: 资源节约与健康性:以铜部分替代镍,既降低了对昂贵稀缺资源的需求,也减少了加工过程中的健康风险。 节能降耗:冷成形能耗远低于热成形,有效减少二氧化碳排放。 成本优化:简化的工艺链、更低的材料用量及气体消耗(冷锻)共同降低了生产成本。 该团队的研究成果构成了将TRIP/TWIP效应有针对性地用于安全关键应用的基础。弗劳恩霍夫IWU未来的研究工作将侧重于优化成型工艺和有针对性地调整材料性能。莱纳特(Lehnert)补充说,“我们的目标是充分利用TRIP/TWIP效应的潜力,以经济高效的方式生产适用于各种应用的高性能组件”。
  • 《在新型淬火分配回火钢中,通过纳米级Cu沉淀和超细薄膜残余奥氏体同时提高强度和延展性》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-06-03
    • 一种新型的含铜淬火 - 分配和回火(Q&P-T)钢被设计用于实现优异的强度 - 延展性平衡。 Q&P处理后的回火使拉伸和屈服强度从1263和706MPa增加到1393和1003MPa,同时将均匀和总伸长率分别从13.2和21.1%提高到17.0和24.0%。膨胀计,XRD和APT分析以及SEM和TEM观察表明,通过Q&P-T工艺形成了由新鲜马氏体,回火马氏体和超细薄膜残余奥氏体组成的多相结构。在500℃回火30min期间形成的直径为0.66nm-5.89nm的大量Cu沉淀物可以说明强度的显着增加。在TEM下不可见的Cu颗粒由于它们与基质的相干性而不会损害延展性。虽然通过回火使残余奥氏体分数略微降低,但是奥氏体和马氏体基体之间的碳分配可能进一步发展,并且增加了超细薄膜残余奥氏体的稳定性,这导致延展性的显着增强。 ——文章发布于2019年5月30日