工业原料制备高强韧非晶钢的成分调控、相变及变形机制研究
批准号:
51661017
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
赵燕春
依托单位:
学科分类:
金属低维与亚稳材料
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
李广、张香云、孙卫民、蒲永亮、赵志平、马文龙、黄明源、毛瑞鹏、许丛郁
中文摘要
非晶钢具有超高强度,但加载时表现为室温脆性和应变软化,且目前报道的增韧方法效果有限,严重制约了其作为高性能结构材料的应用。本课题选择价格低廉、同时具有形状记忆效应和非晶形成能力的Fe-Mn-Si合金体系,通过成分优化使非晶基体上原位析出单一γ奥氏体相,在应力诱导下产生γ→ε马氏体相变对非晶基体增强增韧,且这种新型室温无磁非晶复合结构钢的屈强比低、屈服强度可控;在此基础上探索由工业原料在低真空度下制备合金,通过添加混合稀土元素对亲氧除杂的协同作用,进一步优化组织并降低成本。本课题将分析成分调控对残余奥氏体相稳定性和合金非晶形成能力的影响,揭示层错机制对马氏体相转变过程的作用规律,研究非晶基体剪切带的间歇性运动行为和分形特征,并由承载时的加工硬化行为分析不同变形阶段起主导作用的强韧化机理,揭示TRIP效应对非晶基体的韧塑化机制,为发展新型的高性能非晶钢提供新的思路和理论参考。
英文摘要
Amorphous steels exhibit ultra high strength but room-temperature brittleness and strain-softening behavior as loading. The reported toughening methods had very limited results, and restricted the application of amorphous steels as high-performance structural material. This project designs to study the cheap Fe-Mn-Si alloy system with shape memory effect and glass forming ability. And the amorphous matrix can be strengthened and toughened by deformation induced γ→ε martensitic transformation, which is transformed from the in-situ formed single supercooled austenitic phase during solidification by optimizing composition. This new type of room-temperature non-magnetic amorphous matrix composites structural steel exhibits controllable yield strength and low yield ratio. Besides, this project designs to prepare the amorphous steels from industrial raw materials at low vacuum. And the synergistic effect of the mixed rare earth elements addtion on oxygen and impurity removal will be studied, to further optimize the microstructure and reduce the costs. This project will study the effects of component control on the stability of residual austenite and the glass forming ability of the composites. And the interaction rules of stacking fault mechanism on the process of martensite transformation will be revealed. The intermittent motion behavior and fractal characteristics of the shear bands of amorphous matrix will be described. Moreover, the work-hardening behavior as loading will be analized to study the dominant strengthening and toughening mechanism at different deformation stage. Thus, the toughing mechanism of TRIP effect on the amorphous matrix will be elucidated. This project will provide new ideas and theoretical reference for the development of new high performance structural amorphous steel.
钢铁是当今主导结构材料,探索兼具高强度和塑韧性的高性能结构钢一直是金属材料领域的追求目标。非晶钢具有接近于理论极限的超高强度,但加载时表现为室温脆性和应变软化,且目前报道的增韧方法效果有限,严重制约了其作为高性能结构材料的应用。本项目开发具有形状记忆效应和非晶形成能力的新型非晶复合结构钢,设计由TRIP效应韧塑化准脆性高强非晶钢,由非晶基体中原位析出过冷奥氏体相,在应力诱导下产生γ→ε马氏体相变对非晶基体增强增韧。通过添加稀土元素Ce,对原合金增强增韧,固溶强化奥氏体,增加加工硬化指数,同时细化晶粒,有效提高非晶热稳定性和玻璃形成能力;通过分别改变合金C元素和Cr元素的含量,研究其对合金组织结构、力学性能及磁学性能的影响,优化出无磁非晶复合结构钢和软磁非晶复合结构钢的合金成分体系,分析了成分调控对残余奥氏体相稳定性和合金非晶形成能力的影响,以及层错能对马氏体相转变过程的作用规律,结合非晶基体剪切带的间歇性运动行为和分形特征,由承载时的加工硬化行为分析不同变形阶段起主导作用的强韧化机理,建立了TRIP效应对非晶基体的韧塑化机制。在此基础上,本项目采用工业原料制备合金,选用市场上常见的、价格低廉的低碳钢(如生铁、20号钢)、电解锰、铬铁、硅铁、工业稀土等作为原材料,添加不同稀土元素合金化,采用Fluxing技术优化覆盖剂成分和碱度,研究了多种稀土元素对亲氧净化杂质的协同作用,在低真空度或大气状态下,提前确定好加料方法和顺序,采用覆盖剂,将烧损和污染降至最低,在合金熔炼好后,吸铸或浇铸成型,解决了块体非晶钢的制备要使用高纯度原材料和在高真空条件下的难题。本项目研制的新型非晶复合结构钢主要优势在于其强度和硬度高、耐磨耐蚀及良好的磁学性能,其优异的断裂韧性在能量吸收方面潜力巨大,成本低廉同时有助于装备的轻量化,可用于海上运输、工程设施建设、高铁项目、军事化工等各个领域,具有广泛的潜在应用价值。
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Microstructure and Corrosion Behavior of Ti-Ni Based Bulk Metallic
Ti-Ni基大块金属的显微组织和腐蚀行为
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
Materials Science Forum
影响因子:
--
作者:
[赵燕春, 毛瑞鹏, 马文龙, 许丛郁, 寇生中]
通讯作者:
寇生中
Indentation creep behavior of Fe-based amorphous coatings fabricated by high velocity Oxy-fuel
高速氧燃料制备铁基非晶涂层的压痕蠕变行为
DOI:
10.1016/j.jnoncrysol.2018.09.018
发表时间:
2019-01-15
期刊:
JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS
影响因子:
3.5
作者:
[Li, Chunyan, Ding, Juanqiang, Kou, Shengzhong]
通讯作者:
Kou, Shengzhong
Remarks on the Notch Sensitivity of Bulk Metallic Glasses
关于大块金属玻璃的缺口敏感性的评论
DOI:
10.1007/s11837-019-03949-z
发表时间:
2020-02
期刊:
JOM
影响因子:
2.6
作者:
[Yanchun Zhao, Yanfei Gao]
通讯作者:
Yanfei Gao
Micromechanical investigation of the role of percolation on ductility enhancement in metallic glass composites
渗流对金属玻璃复合材料延展性增强作用的微观力学研究
DOI:
10.1016/j.msea.2019.138531
发表时间:
2020-01
期刊:
Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
影响因子:
6.4
作者:
[Wang Xue, Zhang Wei, Zhao Yanchun, Bei Hongbin, Gao Yanfei]
通讯作者:
Gao Yanfei
The Microalloying Effect of Ce on the Mechanical Properties of Medium Entropy Bulk Metallic Glass Composites
Ce的微合金化对中熵大块金属玻璃复合材料力学性能的影响
DOI:
10.3390/cryst9090483
发表时间:
2019-09
期刊:
Crystals
影响因子:
2.7
作者:
[Yanchun Zhao, Pengbiao Zhao, Wensheng Li, Shengzhong Kou, Jianlong Jiang, Xuejing Mao, Zhuang Yang]
通讯作者:
Zhuang Yang
共 24 条
氧调控LDPR和TRIP效应协同韧塑化非晶合金复合材料的变形机制研究
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批准号:12404230
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.00万元
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批准年份:2024
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负责人:赵燕春
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依托单位:
抗菌高强韧铁基中熵合金结构功能一体化调控机理研究
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批准号:52061027
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2020
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负责人:赵燕春
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依托单位:
国内基金
海外基金