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2020年金屬頂刊快速加熱文章集錦

2021-01-04 來源:Goal Science

        快速加熱是近兩年比較熱門的科研方向之一,很多科研工作者都對此比較感興趣,小編也在這不平凡的2020年年末,匯總了本年度發表在頂刊上的快速加熱的文章,與大家一起回憶學習。如有疏漏,歡迎留言補充!


 

01  清華大學JMST:加熱速率對奧氏體長大動力學轉變和Mn配分行為的影響

 

期刊:Journal of Materials Science & Technology

發表時間:2020.02.29

文章題目:Kinetic transitions and Mn partitioning during austenite growth from a mixture of partitioned cementite and ferrite: Role of heating rate

 

熱循環過程中微觀組織和Mn分布的演變示意圖

 

        清華大學材料學院的研究人員以Fe-C-Mn合金為研究對象,通過實驗設計簡化了一般初始組織的復雜特征,得到了大尺寸的球化珠光體及鐵素體組織,以更好地研究加熱速率對奧氏體逆轉變動力學和元素配分的影響。研究結果表明以鐵素體/滲碳體為初始組織時,奧氏體將在鐵素體/滲碳體界面形核,并同時向鐵素體及滲碳體生長。慢速加熱條件下,奧氏體的長大主要由錳擴散控制(γ/α, γ/θ)、碳擴散控制(γ/α, γ/θ)及錳擴散控制(γ/α)交替進行;快速加熱條件下,碳擴散控制主導了奧氏體相變。在快速加熱樣品中,錳元素在原滲碳體/鐵素體中極大的濃度差被新生成的奧氏體繼承,使得在同一奧氏體晶粒內部出現臺階式的錳元素濃度梯度。然而,對于慢速加熱的樣品,奧氏體長大伴隨錳元素的長程擴散,形成較平緩的錳濃度梯度。不同的錳元素分布對冷卻過程中的微觀組織演化也有重要影響。在奧氏體心部富集的錳元素將極大抑制冷卻過程中的鐵素體相變及馬氏體相變,最終富錳區域將在室溫條件形成殘余奧氏體。該研究表明,快速加熱可通過調節元素擴散程度有效控制終態的微觀組織。


 

02  清華大學最新研究:金屬強化新突破——揭秘CBE強化機理

 

期刊:Science Advances

發表時間:2020.03.27

文章題目:Chemical boundary engineering: A new route toward lean, ultrastrong yet ductile steels

 

利用快速加熱,在高溫下形成大量尖銳的化學界面

 

        清華大學材料學院的研究人員采用典型的第三代汽車用鋼:中錳鋼,作為化學界面工程(CBE)的示范材料。利用閃速加熱技術,在高溫下形成了大量尖銳的化學界面 (CB)。在隨后的冷卻過程中,這些化學界面有效的阻礙了馬氏體相變的擴展,把馬氏體相變限制在百納米的范疇,同時產生的相變體積膨脹向周圍未轉變的奧氏體引入了大量的納米孿晶,形成了納米板條馬氏體+納米孿晶奧氏體的雙相組織。這種新型組織得到了非常優秀的力學性能,在保證延伸率不變的情況下,可使中錳鋼的強度從~1060MPa提升至~1458MPa,在結合其他強化機理以后,可使中錳鋼強度達到2000MPa以上時,依然保持著~20%的延伸率。


 

03  李秀艷&盧柯Sci. Adv.:納米晶金屬熱穩定性新發現

 

期刊:Science Advances

發表時間:2020.04.24

文章題目:Rapid heating induced ultrahigh stability of nanograined copper

 

快速升溫對納米晶熱穩定性的影響(T-GBR:晶界“熱弛豫”; TGC:晶粒粗化溫度)

 

        中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室盧柯院士和李秀麗研究員提出在加熱過程中引入退火孿晶,利用晶界的“熱弛豫”(thermally induced GB relaxation, T-GBR)來提高納米晶的熱穩定性。本研究面臨的一個難題是:納米晶銅的粗化溫度(393-450 K)低于退火孿晶的形成溫度(473-523 K),如何在納米晶銅中引入退火孿晶是本研究的關鍵??紤]到晶界遷移是熱激活過程,和加熱速度直接相關。研究人員巧妙地設計實驗,通過提高加熱速度提高粗化溫度,成功實現了在納米晶銅中引入退火孿晶。相比于機械誘導晶界弛豫,晶界的“熱弛豫”將晶粒的穩定尺寸從40-60nm提高到了60-160nm,有望用于提高一般劇烈塑性變形所獲得的亞微米和納米晶的熱穩定性。

 

 

04  CBE概念新應用|快速加熱助力中錳鋼QP新工藝!

 

期刊:Materialia

發表時間:2020.06.01

文章題目:Quenching and partitioning (Q&P) processed medium Mn steel starting from heterogeneous microstructure

 

(a)傳統QP工藝 (Conv Q&P) 和新型QP工藝 (Hetero Q&P) 示意圖;(b)傳統QP工藝膨脹儀曲線(淬火溫度為80℃);(c)新型QP工藝膨脹儀曲線;(淬火溫度為25℃)(d)殘余奧氏體含量隨淬火溫度(TQ)的變化。(b)和(c)兩種工藝得到的殘余奧氏體體積分數相似(0.22~0.23),插圖為第一次淬火過程中樣品長度變化關于溫度的一階導。

 

        韓國浦項科技大學的Dong-Woo Suh教授團隊在中錳鋼體系(Fe-0.28C-5.7Mn-1.5Si)中提出了一種新型的QP工藝(heterogeneous Q&P),在保持基體成分不變的情況下,同時提高了殘余奧氏體的含量和機械穩定性,力學性能也得到了大幅度的提升。傳統QP工藝的前處理為完全奧氏體化,Mn元素在基體中為均勻分布。在新型QP工藝中,研究人員先將材料在兩相區退火,形成貧Mn鐵素體+富Mn奧氏體的雙相組織,然后快速加熱到單相區進行超短時間奧氏體化,保留奧氏體中的化學界面(元素的不均勻分布),最后進行淬火配分處理。淬火溫度(TQ)為25℃~140℃,配分工藝為450℃/10min。研究發現,以Mn不均勻分布的奧氏體作為初始組織,QP處理后的樣品,即使淬火到室溫,最終也能得到~20%殘余奧氏體。和相似奧氏體體積分數的傳統QP樣品(淬火溫度80℃)相比,屈服強度提高了~300MPa,抗拉強度相當,延伸率提高了~6%。

 

 

05  選擇性復位工藝實現中錳鋼一板雙性能!

 

期刊:Scripta Materialia

發表時間:2020.08.28

文章題目:Recovering the ductility of medium-Mn steel by restoring the original microstructure

 

中錳鋼在汽車零部件中的應用示意圖

 

        韓國漢陽大學教授Jeongho Han(通訊作者)和全北國立大學的研究人員提出了一種簡單的復位(resetting)工藝,通過快速加熱逆轉應變誘導的富錳馬氏體,將組織還原到中錳鋼冷軋前的組織,且恢復了冷軋中錳鋼的塑性并改善了強度。本研究提出,可以通過選擇性地對冷軋中錳鋼進行復位工藝,在不進行焊接的條件下,可以在同一鋼板不同部位分別實現冷軋狀態的高強度和復位處理后的高塑性的不兼容性能組合。


 

06  清華大學Acta:快速加熱高強鋼

 

期刊:Acta Materialia

發表時間:2020.10.07

文章題目:On the role of chemical heterogeneity in phase transformations and mechanical behavior of flash annealed quenching & partitioning steels

 

FQP過程中的相變行為及殘余奧氏體的力學響應示意圖

 

        清華大學材料學院陳浩副教授(通訊作者)聯合德國波鴻大學和寶鋼研究院,系統地研究了快速加熱對Q&P鋼相變和力學行為的影響,重點關注了快速加熱過程中非均質奧氏體的形成以及后續冷卻過程和QP過程中的組織演變和元素配分行為。由于組織的細化和非均質殘余奧氏體的存在,FQP樣品的力學性能遠超CQP樣品。本工作展示了快速加熱的巨大潛力和非均質奧氏體對力學性能的積極貢獻,對高強鋼的熱處理工藝和組織的優化設計有一定的指導意義。


 

        小編了解到的2020年發表在金屬領域頂刊上的快速加熱文章已經整理完畢,相信快速加熱技術和相變理論的結合將會對金屬結構材料的組織設計和性能優化提供無限的可能,在未來誕生更多優秀的科研成果,為工業化大生產開辟新的道路。

        2020年初始的新冠疫情對于科研工作者也產生了不小的影響,即使在這種情況下科研成果依然遍地開花,著實令人欣慰。不管2020年我們經歷了什么,都已經成為過去,祝愿各位科研工作者在即將到來的2021年沖勁十足,在科學和技術上都有更大的突破,奧利給!

 
 

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