清华大学陈浩教授团队基于化学异质的亚稳奥氏体的增韧策略,显著影响钢的延展性和韧性

业界对不锈钢的关注通常跟汽车制造领域相关联，不过航空航天、能源等领域对不锈钢材料的采用正在呈多样化需求发展趋势。一个典型的案例是SpaceX的一大努力是将材料经可能多的用不锈钢来替代，最初能避免被替换掉的是那些暴露在高温富氧气体燃烧环境中的零件，但最终Elon Musk成功地将大部分零件材料都换成了不锈钢。在SpaceX建造全尺寸星舰（Starship）之际，Elon Musk表示，由于使用了钢材，因此一枚火箭的材料花费不需要4-5亿美元，仅需1000万美元，并且它将是可重复使用的飞船 。钢不仅仅低成本，一个重要优势是其熔点高，其中铬镍含量高的不锈钢即使在-160°C 的温度下也能保持足够的延展性和强度。

3D科学谷白皮书

3D科学谷观察到国内的高校和科研机构在提高不锈钢的延展性和强度方面获得了一系列的进展。

化学异质奥氏体设计

清华大学陈浩教授团队针对上述问题，提出了一种基于化学异质的亚稳奥氏体的增韧策略，旨在探索化学异质奥氏体设计在提高高强度钢冲击韧性方面的潜力。研究表明，可以通过在马氏体基体中引入适当比例的化学异质奥氏体来调节马氏体钢的韧性。高强度钢中的奥氏体不仅可以通过形变诱导马氏体相变 (DIMT) 产生的相变诱导塑性 (TRIP) 效应吸收能量，还能促进局部应力释放，起到钝化和偏转裂纹的作用，从而显著影响钢的延展性和韧性。该研究形成研究成果“On the role of chemically heterogeneous austenite in cryogenic toughness of maraging steels manufactured via laser powder bed fusion”发表在国际学术期刊Acta Materialia上。

▲论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645424005081

ScienceDirect

清华大学陈浩教授团队的这项研究非常有趣，探讨了如何通过化学异质亚稳奥氏体的增韧策略来提高激光粉末床熔合（LPBF）制造的高强度钢的冲击韧性。这种策略在低温下特别有效，能够显著提升材料的韧性，这对于许多工业应用来说是非常重要的。

研究中提到LPBF是一种先进的金属增材制造技术，通过逐层选择性熔化粉末床来制造零件。3D科学谷了解到研究中提到尽管LPBF加工的钢材通常具有很好的强度和延展性，但由于制造过程中可能形成的微孔和氧化物夹杂物，它们的韧性，尤其是在低温条件下的韧性，可能会受到影响。

陈浩教授团队的研究提出的解决方案，即在强马氏体基体中定制化学异质奥氏体，这种设计可以在不牺牲强度的情况下显著提高材料的低温冲击韧性。实验和分子动力学模拟结果表明，化学异质奥氏体在冲击变形后可以逐步转变为马氏体，这一过程不仅能够吸收大量能量，还有助于局部应力缓解、裂纹钝化和偏转。

清华大学

此外，研究还探讨了化学异质奥氏体的机械稳定性对韧性的影响，以及如何通过调整其稳定性来优化材料的性能。这种化学异质奥氏体的设计不仅在提高材料的准静态力学性能方面显示出潜力，而且在提高高速力学性能，如冲击韧性方面也显示出了巨大的潜力。

总的来说，这项研究为提高LPBF制造的高强度钢的韧性提供了一种新的策略，这对于材料科学和工程领域来说是一个重要的进步。

铂力特为此次研究提供了设备支持。清华大学研究人员使用了BLT-S210设备制备试样，成功制备出韧度显著提高的马氏体时效不锈钢试样，验证了论文思路，并为设计具有优异低温韧性的高强度钢提供了新的策略。

铂力特深耕科研领域，致力于为高校科研领域客户提供设备、技术咨询、合作开发等方面的产品与服务。截止到2023年底，高校科研领域客户超330家，推动金属3D打印技术在新材料、新结构、新应用场景的前沿研究以及工程领域内的应用。2024年以来，铂力特已支持清华大学、北京大学、上海交通大学、北京航空航天大学、西北工业大学、中国科学院等高校及科研机构客户在航空航天、医疗等应用领域，新材料、新结构、新应用等研究获得多项突破性进展。

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