新技术可让钢材的强度和韧性同时兼得

qibao9891 · 发表于 2014-4-13 10:34:28

本帖最后由 qibao9891 于 2014-4-13 10:36 编辑

新技术可让钢材的强度和韧性同时兼得
来源：中国科技网-科技日报 2014年04月10日　01:03

[导读] 科技日报讯对钢材而言，强度和韧性是衡量品质的重要标准，但两者却总是鱼与熊掌不可兼得，只能根据需要选取一个折衷方案。
新技术可让钢材的强度和韧性同时兼得
材料预处理中使用了扭转运动的加工工艺

科技日报讯对钢材而言，强度和韧性是衡量品质的重要标准，但两者却总是鱼与熊掌不可兼得，只能根据需要选取一个折衷方案。美国布朗大学和三所中国高校以及中国科学院的科学家已经发现了一种简单的技术，能在提高钢铁的强度的同时不牺牲其韧性，借助该技术有望生产出性能更好的钢材。相关论文发表在最近出版的《自然通讯》上。
强度和韧性是材料至关重要的品质，特别是在结构应用中所使用的材料对这两项标准更是有着严格的要求。强度用来衡量多大的作用力才能使材料发生弯曲或变形；韧性用来衡量多大的伸缩才会导致材料发生断裂。缺乏强度的材料容易发生疲劳并最终损坏；缺乏延展性的材料容易突然发生断裂，造成灾难性事故。
钢铁是为数不多的几种兼具强度与柔韧性的材料之一，这也是其作为结构材料被广泛应用的一个重要原因。但是科学家们仍然不满意，希望它能够更好。而问题是，炼钢过程中提高强度的方法往往以牺牲延展性为代价，反之亦然。
据物理学家组织网4月9日报道，在这项新研究中，论文第一作者、布朗大学工程学教授高华健（音译）和他的同事发现，通过对一种名为孪晶诱导塑性（TWIP）钢材进行预处理，就能打破这种均衡，让钢材兼具极好的强度和韧性。
TWIP钢材的强度能够通过加工硬化工艺得到增强。所谓加工硬化工艺就是通过大量外力，使金属材料发生塑性变形，使晶粒拉长、破碎和纤维化的过程。当TWIP钢材变形，其原子晶格中会形成变形孪晶。不同于传统的捶打和弯曲工艺，新研究中研究人员引入了一种新的被称为扭转运动的加工工艺。这种工艺会导致圆柱形钢材外部的分子的变形幅度大于内部分子的变形幅度。其原理类似于一群在环形跑道上跑步的运动员：外道的选手跑步的距离要大于内道。由于外侧变形的程度要大于内侧，变形孪晶只在圆柱形钢材的表面形成，而内部则基本上保持不变。其结果是，这个圆柱形钢材就具有两全其美的特性——外部具有极好的强度，内部则具有极好的延展性。
高华健说：“从本质上讲，我们让材料具备了外硬内软的特征。这使我们能够在不牺牲韧性的同时，让材料的硬度获得成倍地提升。目前我们需要做的就是，尽可能地将材料的强度和韧性推向极限。”
研究人员希望他们的技术可以用于钢材的预处理中，用这种技术可以生产出性能极佳的车轴和其他对材料性能要求较高的机械部件，未来有望在汽车和高速列车制造中获得应用。（王小龙）

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-4-13 11:29:56

钢的强韧化热处理，是早就提出来的吗，怎么成了新技术？

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-4-13 11:35:58

　　　随着现代制造业的发展，对材料性能提出了愈来愈高的要求，单纯的强化和韧化都难以满足各种机械零部件的服役条件，通过何种方法可以得到最佳的强、韧度匹配，一直是材料学科和热处理工作者深入探讨的课题。对于金属材料而言，当其冶金成分和冶金质量一定时，其潜在的力学性能是一定的，在机械制造中，根据机械零部件服役条件和设计要求，通过热处理方法赋予其不同的性能指标，从而使其各项力学性能指标达到最佳匹配。强韧化就是能同时提高强度和韧度的热处理方法，经过强韧化处理，既可得到高的强、硬度，又能保持高的韧度，从而使零件在服役条件下，既能避免因强、硬度不足而引起的变形失效和磨损失效，又能防止因韧度偏低而造成的断裂失效，以达到延长寿命之目的。

钢的力学性能与组织形态有密切的关系，通过改变组织可以获得工程技术上所要求的各种力学性能。钢的相变（或组织转变）是通过热处理来控制实现的，钢的热处理组织取决于材料的冶金成分和热处理方法。因此，要实现钢的强韧化，无外乎两个途径，一是设计钢的冶金成分（目前有贝氏体钢、变塑钢、马氏体时效钢、低碳马氏体钢四种强韧钢）并提高钢的冶金质量；二是选择适当的热处理方法以获取适当的强韧化组织。

shaod · 发表于 2014-4-13 13:33:31

本帖最后由 shaod 于 2014-4-13 13:35 编辑

功能梯度FGM也是个不错的选择，http://www.shaod.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1496 这个斧子就是个应用。

qibao9891 · 发表于 2014-4-13 14:59:30

只是看到这样一篇文章，觉得和热处理相关，于是就转了。
并不代表本人已经理解或支持此文观点。

个人理解：
这种强化机制和传统的热处理强化有所不同。
它是用孪晶诱导塑性（TWIP）钢材，扭转了一下，利用扭转时表面和心部变形量不同，来实现强化表面，而心部保持高塑韧性。
由其工艺特点，注定其使用的范围有限。

愚见。

小小丑 · 发表于 2014-4-13 15:16:56

看标题以为是冶炼产生重大突破，晶须用于生产了。
看了几行以为是麻花钻扭转锻造工艺。
最后明白了一点点，原来是冷加工获得渗碳的性能。
个人意见，不足为凭。

所以因为 · 发表于 2014-4-13 16:21:48

没有什么大的意义。

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-4-13 16:28:12

所以因为发表于 2014-4-13 16:21
没有什么大的意义。

现在的科技界也比较流行“炒”和“炖”啊{:soso_e144:}

所以因为 · 发表于 2014-4-13 16:37:15

孤鸿踏雪发表于 2014-4-13 16:28
现在的科技界也比较流行“炒”和“炖”啊

也正常，大家混口饭吃

重大发明也不是那么容易的。

追求卓越 · 发表于 2014-4-13 20:29:50

这是高强钢的范畴，主要用在汽车板

草原的风 · 发表于 2014-4-13 20:43:05

结论：用过的轴类都是好材料。

qibao9891 · 发表于 2014-4-13 22:10:39

这类高锰奥氏体钢不常见。

wanggong · 发表于 2015-3-6 09:28:44

扭转运动是属于形变热处理范筹吗？这种组织是稳定组织还是亚稳的？

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