中科院金属所Acta Materialia:2.5GPa级马氏体时效钢时效过程中沉淀析出和强化行为
2019-09-09 10:17:41 分享至:

简介


马氏体时效钢兼具高强度和高韧性,被认为是飞机起落架、火箭发动机箱、潜艇外壳和低温导弹等关键应用的重要候选材料,其高强度通常是由马氏体基体与时效过程中形成的高密度的纳米析出相共同强化来实现的。研究人员通常关注峰时效状态下马氏体时效钢的微观结构与力学性能之间的关系,从而忽略了早期时效现象及其对后续时效过程的影响。近年来,包括透射电子显微镜(TEM),小角度X射线散射,三维原子探针(3DAP),第一原理计算和分子动力学等实验技术和计算方法的结合,为研究马氏体时效钢中析出相的演化过程,提供了强大的技术基础,同时也为系统研究时效初期纳米析出相的形成机制以及整个时效过程中的演化规律提供了基础。


成果简介


近日,中国科学院金属研究所先进钢铁结构材料研究团队的牛梦超博士生(第一作者)以及杨柯研究员、王威研究员(共同通讯作者)在Acta Materialia上发表题为“Precipitate evolution and strengthening behavior during aging process in a 2.5 GPa grade maraging steel”的文章。研究人员利用原子探针层析成像(APT),HRTEM和第一性原理计算揭示了Ni3Ti和富钼纳米粒子在2.5 GPa级马氏体时效钢中的共沉淀机制。时效初期Ni和Ti原子之间的低相互作用能导致富Ni-Ti团簇优先在过饱和固溶体中形成,随着时效时间的延长,富Ni-Ti团簇最终形成稳定的Ni3Ti,同时时效过程Mo原子不断从富Ni-Ti团簇中排出,在Ni3Ti与基体的界面处形成富Mo相,最终与Ni3Ti相一起形成核壳结构。


图文解读


图一 实验钢在480℃ 时效240 min 后的TEM明场像(a),Ni3Ti 的HRTEM 图像(b)


图二 利用三维原子探针技术对样品进行的三维重建


绿色:选取35%Ni-Ti作为等浓度面; 红色:选取10%Mo作为等浓度面。


图三 选区的一维浓度分布


(a)、(b)、(c)对应于图二(a)、(b)、(c)


图四 基于最大分离方法的富Ni-Ti团簇分布


图五 不同原子的第一至第五的近邻相互作用能


图六 Co、Ni、Ti团簇形成能分析


(a) Co、Ni、Ti形成团簇分布


(b) Ni、Ti团簇分布,Co分散分布


(c) CoNi,CoTi团簇分布


图七 Co/Fe对Ni3Ti形成能的分析


团队介绍


中国科学院金属研究所单以银研究员负责的先进钢铁结构材料课题组一直从事高强度钢以及高强度不锈钢的研发及应用研究工作,通过建立成分-组织-力学性能之间的关系,相继开发出了不同强度级别的超高强度马氏体时效钢及高强度马氏体时效不锈钢,目前与抚顺特钢、美国波音、德国博世等国内外知名企业正在开展高强度钢的应用以及市场转化工作。


文献链接: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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