北京
导读：通过纳米结构设计已经成功获得稳定的纳米沉淀，但纳米沉淀的数量密度很难再进一步增加。有研究人员试图通过引入高效成核位点（例如位错）来提高数密度。然而，对于位错对成核势垒最小的相干纳米沉淀物的成核和生长的影响仍然存在争议。本文研究了一种典型的共格纳米沉淀物——HSLA 钢中富铜的纳米沉淀物。通过分析计算和实验相结合，发现位错对一定密度范围内大量富铜纳米沉淀物的形成是有害的。位错不足会剥夺溶质原子，这些原子会减少均质沉淀，而异质沉淀的增加无法弥补这一点。通过控制位错密度，与传统的固溶淬火工艺相比，屈服强度提高了24%，而延展性没有明显损失。这项工作将有助于优化充分利用纳米沉淀强化效应的组成和加工路线。
近年来，沉淀强化策略被用于开发具有高冲击韧性、良好的耐腐蚀性和可焊性以及低成本的高强度低合金（HSLA）钢，在民用基础设施、交通和国防等领域得到了广泛的结构应用。通过纳米沉淀强化遇到的缺点是纳米沉淀具有很高的粗化趋势，这会降低数密度并增加平均尺寸。在一定的结构或类型下，除非增加合金含量，否则不能增加时效峰（达到峰值硬度的时间）处纳米析出物的数量密度。合金含量的增加会导致尺寸变大、成本增加、新相不理想等一系列问题。
为了满足人们在前所未有的环境挑战下对超高强度金属日益增长的需求，最大化析出强化的方法值得思考探索。因此，南京理工大学研究人员们将研究的重点放在深入了解位错对富铜纳米析出物形成和结构转变机制的影响上。通过控制位错密度，与传统的固溶淬火工艺相比，屈服强度提高了24%，而延展性没有明显损失。这项工作将有助于优化充分利用纳米沉淀强化效应的组成和加工路线。相关研究成果以题为“Control of dislocation density maximizing precipitation strengthening effect”发表在材料学顶刊Journal of Materials Science & Technology上。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.03.010
具有相当高位错密度的马氏体钢不适合通过冷变形进一步增加位错密度。因此，研究者们尝试着通过对马氏体分数较少的热轧钢进行冷变形，以及通过固溶后缓慢冷却来改变位错密度。采用传统固溶淬火时效处理的参考钢进行比较。结果表明，这些样品在降水和结构转变方面的行为存在显著差异，本文详细讨论了其原因。
图 1。热处理对时效前后屈服强度 (YS) 和拉伸强度 (TS) 的影响。
图 2。不同热处理的选择性工程应力-应变曲线。
图 3。IPF叠加不同热处理的晶界图
在变形和马氏体相变过程中会产生大量位错。这些位错可能起到三重作用。首先，位错作为异质成核位点和快速管道扩散路径，从而对富铜纳米沉淀物的成核和生长产生强烈影响。二是移动位错受到现有位错网络的阻碍，导致长程力和加工硬化效应。第三是变形过程中位错和纳米析出物之间的相互作用。因此，评估每次热处理中的位错密度至关重要。
图 4。不同热处理的 TEM 显微照片
图 5。（a）图4（b）中箭头纳米沉淀物的EDS分析，（b）图4（c）中箭头纳米沉淀物，（c）图4（d）中纳米沉淀物。
图 6。时效样品的 TEM 显微照片
图 7。不同热处理下富铜纳米析出物的尺寸分布
图 8。不同直径富铜析出物的IFFT图像
图 9。在不同热处理中具有 bcc（红色）、9R（绿色）、3R（蓝色）和 fcc（黑色）结构的富铜纳米沉淀物的数量分数
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