編輯推薦：這是北科大呂昭平團隊自2017年以來發表的第三篇Nature。本文報道了一種在孿生誘導塑性鋼（TWIP）中大規模制備超細晶結構的簡便方法，屈服強度達到約710MPa，均勻延展率為45％，拉伸強度約為2000MPa。而且該制備工藝很容易應用于現有工業生產線。

亞微米級晶粒的鋼鐵材料通常具有很高的韌性和強度，這使得其在輕量化和節能減排方面很有前途。目前，工業上制備超細晶（UFG）鋼時通常依賴于擴散相變，這導致工業制造僅限于奧氏體到鐵素體轉變的鋼。同時這類超細晶鋼有限的加工硬化能力和均勻延伸率阻礙了其廣泛應用。

日前，來自英國謝菲爾德大學、北京科技大學、美國國家標準與技術研究院及泰斯研究公司、鄭州大學等單位的研究人員，報道了一種在Fe-22Mn-0.6C孿生誘導塑性鋼（TWIP）大規模制備超細晶結構的簡便方法！通過少量的銅微合金化，以及相干無序富銅的晶內納米析出相（在30秒內）調控再結晶過程，即可實現以上目標。相關論文以題“”于2021年2月10日發表在國際頂級期刊《Nature》。通訊作者分別是來自北科大的蔣雖合與呂昭平、美國國家標準與技術研究院及泰斯研究公司的Huairuo Zhang、英國謝菲爾德大學的Rainforth。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03246-3

研究表明，快速而大量的納米析出相不僅阻礙了亞微米級再結晶晶粒的長大，而且還通過Zener釘扎機制提高了所得超細晶結構的熱穩定性。此外，由于析出相完全共格和無序性質，在載荷作用下析出相與位錯的交互作用較弱。這種方法可以制備出晶粒尺寸為800±400nm的完全再結晶超細晶結構，同時不會引入有害的晶格缺陷，如脆性顆粒和偏析晶界。與不添加銅的鋼相比，超細晶結構的屈服強度增加了一倍，達到約710MPa，均勻延展率為45％，拉伸強度約為2000MPa。這種晶粒細化的概念也可以擴展到其他合金系統，而且該制備工藝很容易應用于現有的工業生產線。

圖1 在760°C退火0.5分鐘、1分鐘、2分鐘的4Cu試樣顯微組織分析

圖 UFG 0Cu的EBSD圖及UFG 0Cu和4Cu的位錯和納米孿晶的單個強化貢獻計算

圖3 預變形至15％和45％的4Cu變形組織分析

這是北科大呂昭平團隊自2017年以來發表的第三篇《Nature》

2017年4月10日，Nature在線發表呂昭平教授作為通訊作者的一篇論文“Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation”。該文基于晶格錯配和高密度納米析出的理念，設計并制備出超高強馬氏體時效鋼，強度最高達2.2GPa，還具有很好的塑性（大約8.2%）。而且由于采用廉價質輕的Al等元素代替高成本的Co、Ti等合金元素，還能大幅度削減成本。回顧：北科大研制出2.2GPa超高強鋼！塑性良好，大幅削減成本。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y

2018年11月14日，Nature期刊以題“Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via ordered oxygen complexes”在線發表了呂昭平教授團隊又一突破性研究進展。團隊打破人們對傳統間隙固溶強化的認知，發現間隙原子的添加不僅能提高合金的強度，也能大幅度提高合金的塑性，打破了金屬材料強度和塑性不可兼得的魔咒，為科研工作者重新認識間隙強化和有序強化并設計出高強度高韌性金屬材料提供了新思路。回顧：北科大呂昭平又發《Nature》！同時提高強度和塑性。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y

本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。