通过异构设计优化轻钢的强度-延性协同作用：不连续纤维铁素体弥散铁素体通常嵌入在轻钢中，但表现出良好的性能，从而引发了一个问题：异构设计能否优化它？来自四川大学的Qian Cheng等人以不连续纤维和弥散铁素体分别嵌入奥氏体基体的两种代表性结构为例来解决这一问题。具有纤维铁素体的异质结构具有显著的极限强度和总伸长率(49 GPa%)，在其他轻钢中脱颖而出。优异的强度-延性协同作用主要归因于异质变形诱导的强化和硬化。丰富的异质相互作用，奥氏体中密集的滑移带和铁素体内部的位错网络是潜在的物理机制。![]()
图1 纤维和弥散样品的显微结构表征。(a-b)SEM显微图显示纤维状和弥散的铁素体。坐标中，RD、TD、ND分别为轧制方向、横向方向和法线方向。(c1-d3)铁素体的相图(1)、IPF图(2)和晶粒尺寸的统计分布(3)；(d)弥散样品。拉伸方向与RD平行。(e)纤维铁素体的TEM形貌；(2)弥散铁素体。S1、S2和S3表示选择区域电子衍射(SAED)，对应于(e)中的位置。星形标记表示相边界。AT表示退火孪晶。
![]()
图2 纤维和弥散样品的拉伸性能、HDI应力和硬度响应。(a)工程应力-应变曲线。(b)真应力和相应的加工硬化率与真应变曲线。(c)LUR应力-应变曲线。(d)异构诱导强化。(e)拉伸过程中纤维和弥散试样中奥氏体和铁素体的硬度演变。(f)各相硬度增量的演变。
![]()
图3 拉伸应变为~5%时GND密度分布。(a1-a3)纤维试样中奥氏体和铁素体的相图和GND密度图。(b1-b3)弥散试样中奥氏体和铁素体的相图和GND密度图。(c) 纤维和弥散试样中典型单个奥氏体晶粒的GND密度分布。(d) 纤维和弥散样品中典型单个铁素体晶粒的GND密度分布。(e1-e2)应变诱导的GND密度在奥氏体和铁素体中的统计分布。
![]()
图4 (a)纤维中的奥氏体，(b)纤维中的铁素体，(c)弥散中的奥氏体，(d)弥散中的铁素体在不同拉伸应变下的显微组织演变：(1)~1.5%；(2)~12%；(3)~22%。插入是相应的SAED模式。红线表示错位堆积。星形标记表示相界。(a, c)中的SBs表示滑移带。(b, d)中的DNs和ρD分别表示位错网络和位错密度。
文章以不连续纤维和弥散铁素体分别嵌套在奥氏体基体中的两种典型结构为例，比较揭示了轻钢中铁素体优化后的强度-延性协同结构。不连续纤维结构表现出高抗拉强度(1202 MPa)和高延性(41%)的突出结合，远远超出了弥散结构的力学极限。优异的力学性能主要来源于显著的HDI强化和应变硬化。潜在的晶体机制归因于大量连续的铁素体-奥氏体界面附近明显的异质相互作用，奥氏体内部高密度的滑移带和铁素体内部的位错网络。这些发现突出了不连续的纤维结构作为一个有前途的策略，以实现轻质钢的高强高韧协同提升。相关研究成果以“Optimizing strength-ductility synergy in lightweight
steel via heterogeneous design: discontinuous fibrous ferrite”为题发表在“Materials Research Letters”上(Volume 12(12), 947-955, 2012)，论文的第一作者为Qian Cheng，通讯作者是Chongxiang Huang和Wenquan Cao。论文链接：
https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2406913
