發(fā)布時(shí)間：2022年12月26日
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廣東省科學(xué)院新材料研究所先進(jìn)鋼鐵研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港生產(chǎn)力促進(jìn)局及烏克蘭國家科學(xué)院合金物理工藝研究所，研究揭示低密度耐磨高錳鋼強(qiáng)韌化與斷裂的演化機(jī)制。相關(guān)研究近日發(fā)表于Materials Science and Engineering: A。廣東省科學(xué)院新材料研究所鄭志斌博士為該論文第一作者，香港生產(chǎn)力促進(jìn)局楊浩坤博士為通訊作者。
高錳鋼（Hadfield steel）作為最重要的耐磨材料之一，被廣泛應(yīng)用在礦山、冶金、水泥、電力、建材、鐵路、海工等國家關(guān)鍵行業(yè)中。它在面臨沖擊磨損過程中的強(qiáng)沖擊和大壓力等問題時(shí)表現(xiàn)出的優(yōu)異耐磨性，是其他材料難以比擬的。這主要?dú)w功于高錳鋼出色的加工硬化能力，然而也正是需要依靠加工硬化，使得高錳鋼在低應(yīng)力磨損條件下服役效果不理想。同時(shí)，“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)要求高端粉磨破碎裝備具備運(yùn)轉(zhuǎn)高效化及低能耗化，關(guān)鍵核心耐磨構(gòu)件材料的輕量化是重要途徑之一。
為實(shí)現(xiàn)高錳鋼的輕量化效果，鋁元素被考慮添加到高錳鋼中，并配合合適的熱處理與人工時(shí)效強(qiáng)化，可以進(jìn)一步提升低密度高錳鋼的力學(xué)性能。但是如何調(diào)控鋁元素含量并配合后續(xù)熱處理工藝制度是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，長期以來受到國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。
在該項(xiàng)工作中，研究人員深入開展了低密度高錳鋼的元素設(shè)計(jì)、材料性能優(yōu)化、熱處理制度與斷裂機(jī)制等方面的研究。結(jié)果表明，通過調(diào)整高錳鋼中鋁元素含量，可以調(diào)控高錳鋼強(qiáng)韌化機(jī)制從孿生誘發(fā)強(qiáng)化轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃螏?qiáng)化；并通過高溫水韌處理配合低溫人工時(shí)效熱處理，引入納米級(jí)κ-碳化物析出相得以提升材料屈服強(qiáng)度和表面硬度。
該研究結(jié)果證實(shí)了通過鋁元素添加實(shí)現(xiàn)低密度耐磨鋼設(shè)計(jì)的可能性，并有望拓展耐磨高錳鋼在低應(yīng)力磨損工況下服役的應(yīng)用。
上述研究得到廣東省國際科技合作項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省科學(xué)院發(fā)展專項(xiàng)和廣州市青年科技人才托舉項(xiàng)目等的支持。該系列成果還包括發(fā)表于China Foundry、Steel Research International、Journal of Iron and Steel Research International等。
來源：中國科學(xué)報(bào) 發(fā)布時(shí)間：2022/12/25 23:16:39