大马士革刀花纹实现可控再造
大马士革刀花纹实现可控再造
记者5月16日从河北工业大学获悉，该校材料科学工程学院能源装备材料技术研究院殷福星教授金属结构材料团队通过冷轧和退火处理，在多层复合钢基体内构筑出层/网耦合界面和多级晶粒组织，实现了大马士革刀花纹的可控再造，并显著提高了多层复合钢的强韧性。相关论文发表在《冶金与材料会刊A》上。
近年来，多级多尺度结构的设计理念已成为优化金属结构材料强度和塑性的指导思想，其中多层复合钢、双相中锰钢成为目前的研究热点之一。这些材料主要是利用控轧控冷技术构筑超细晶组织，从而获得较高的强度和塑性，通过层间界面或相界面脱层断裂，有效提高钢铁材料的断裂和冲击韧性。一直以来，平直的层间界面是科研工作者追求的目标之一，然而实际情况下，随着变形程度的增加，硬相与软相之间的加工硬化行为会出现显著的差异，往往会导致波浪状界面类型的产生。例如：大马士革刀就是将低碳钢和高碳钢通过折叠锻打的方式构筑出多层复合结构，界面呈现出复杂的大马士革花纹。探索层间界面变形协调性以及对金属材料强韧化的作用规律，成为目前多层复合钢和双相钢研究的难点之一。
殷福星团队研究表明，随着冷轧压下量的增加， 304奥氏体不锈钢层加工硬化行为越来越严重，逐渐表现出明显的局部颈缩甚至断裂现象。研究还表明由于极易发生位错增殖、形变诱发马氏体和形变诱发孪生效应，从而使硬度和屈服强度明显升高，同时会导致严重的应变软化现象。而铁素体不锈钢软相层仍能保持一定的均匀塑性变形能力，内部亚结构细化和位错塞积现象较硬相层轻微，这样导致层/网耦合界面的形成。这种 “亏格”框架结构，具有一定的拓扑不变量性质：随着变形量的增加，软相层总会保证厚度均匀，且呈二维网络连通结构。在随后扩散退火过程中，层间界面获得增强。
殷福星介绍，由于硬相层与软相层在升温过程中回复、再结晶温度不同，两层晶粒表现出异步生长的双尺度晶粒特征，即大晶粒通过网状框架包裹超细晶粒。在承载过程中，必须首先破坏网状框架结构才能触发后续变形，从而产生背应力强化效应。同时应变和应力分别由大晶粒网状框架和内部小晶粒所承担，因此，这种多级多尺度结构实现了多层复合钢的强韧化目的。此外，这可为双相钢相间协同变形行为和增韧机理研究提供理论指导和技术支撑。
相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s11661-020-05780-7
版权声明：凡本网注明“来源：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。
