東北大學(xué)團(tuán)隊(duì)破解超高強(qiáng)鋼鐵加工制備難題
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光明日?qǐng)?bào)沈陽(yáng)1月16日電(記者劉勇 通訊員李青坡)如何讓不易彎折的超高強(qiáng)鋼鐵具有“橡皮泥”一樣易于延伸的優(yōu)點(diǎn)?日前,東北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單高效的制備工藝,制造出一種擁有全新微觀結(jié)構(gòu)的超高強(qiáng)鋼鐵材料。該材料在加工成型過(guò)程中不僅不易發(fā)生斷裂,還能隨著形狀的改變提高堅(jiān)硬程度,在“強(qiáng)度”“塑性”等多個(gè)方面突破了現(xiàn)有同類別材料的性能上限。相關(guān)研究成果近日在《科學(xué)》雜志全文在線發(fā)表。
“鋼鐵的‘強(qiáng)度’與‘塑性’往往是‘魚與熊掌不可兼得’。一般來(lái)說(shuō),同種鋼鐵根據(jù)處理工藝的不同,‘強(qiáng)度’越高‘塑性’就會(huì)越低?!毖芯繄F(tuán)隊(duì)李云杰博士說(shuō),“剛極易折,超高強(qiáng)鋼存在的這個(gè)問(wèn)題是鋼鐵材料的普遍難題?!?/p>
“特別是在航空航天、汽車、深潛等領(lǐng)域,用于承重的超高強(qiáng)鋼‘強(qiáng)度’往往需要比普通鋼鐵高出幾倍,這時(shí)鋼鐵的‘塑性’就會(huì)出現(xiàn)斷崖式下降?!毖芯繄F(tuán)隊(duì)袁國(guó)教授表示,發(fā)生這一現(xiàn)象的根本原因在于,隨著鋼鐵的不斷延展變形,材料內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,容易產(chǎn)生加工硬化不足或局部應(yīng)力集中,導(dǎo)致鋼鐵發(fā)生斷裂。
因此,破解超高強(qiáng)鋼鐵材料強(qiáng)塑性矛盾難題成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題?,F(xiàn)有的大部分生產(chǎn)工藝,通常采用傳統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控方式,需要添加鎳、鉬等貴重金屬輔助或增加工藝流程來(lái)提高性能,不但成本較高不便于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用,而且塑性提升仍然非常有限。東北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了一種使“強(qiáng)度”和“塑性”同時(shí)提升的新機(jī)制,成功制備出系列低成本“碳錳合金系”新型超高強(qiáng)鋼,打破了超高強(qiáng)鋼對(duì)復(fù)雜制備工藝和昂貴合金成分的依賴,對(duì)推動(dòng)低成本、大尺寸超高強(qiáng)塑性鋼鐵材料的制備和應(yīng)用具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
中國(guó)工程院院士王國(guó)棟表示,該組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新思路不僅適用于鍛造,還適用于軋制等加工方法,可進(jìn)行軸類、棒材、板材等生產(chǎn)制造,有望應(yīng)用于大型工程機(jī)械裝備、深海及國(guó)防安全等多個(gè)領(lǐng)域。接下來(lái)研究團(tuán)隊(duì)將圍繞該類別超高強(qiáng)鋼的工業(yè)化應(yīng)用開(kāi)展進(jìn)一步研究。
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