中国散裂中子源用户发表高强高韧变形分配钢研发成果学术资讯

来源：中科院之声

5月8日，中国散裂中子源（CSNS）用户香港大学机械工程系教授黄明欣团队在Science在线发表题为Making ultrastrong steel tough by grain-boundary delamination 的论文(DOI: 10.1126/science.aba9413)，论文体现了黄明欣团队在高强高韧变形分配钢（D&P钢）研发取得的进展，这也是CSNS首个在Science上发表的用户实验成果。

具有优异性能的低成本合金材料一直以来都是汽车、航空等工业发展的基础与依靠。然而，材料的强度（承载能力）和断裂韧性（抗断裂能力）往往很难同时兼顾。黄明欣团队近年来与CSNS通用粉末衍射仪（GPPD）团队合作，对系列样品进行了系统的表征与研究，以中子衍射为研究手段，深入研究亚稳奥氏体、位错这两者在低成本D&P钢断裂行为中扮演的作用。

中子衍射具有高穿透能力、高分辨率、无损等优势，可用于分析具有织构等复杂材料的组织结构特征。在GPPD团队的支持下，黄明欣团队通过中子衍射谱有效获得低成本D&P钢的相体积分数和位错密度等重要的微观参数信息（图1）。受GPPD数据等支持，黄明欣团队开创性地提出高屈服强度诱发晶界分层开裂增韧新机制，打破了传统的提高强度会降低材料断裂韧性的认识。并且依据此新机制获得了同时具备极高屈服强度（~2 GPa）、极佳韧性（102 MPa·m1/2）、良好延展性（19%的均匀延伸率）的低成本D&P钢（图2）。

D&P钢中的晶相存在大的畸变、缺陷、择优等，对中子衍射数据要求高，GPPD的高分辨率和良好衍射峰型保证了该研究所需的数据质量。同时，GPPD为消除择优等因素对数据分析的影响，为本类实验专门设计了旋转样品杆。GPPD是中国散裂中子源首期建设的三台谱仪之一，自2018年运行开放以来，已经顺利完成近90项用户课题研究，多项用户实验成果已在Science、Nature Communication、Advanced Materials 等期刊发表。

图1 超强钢的中子衍射图谱，在CSNS的GPPD获得

图2 （A）三维图解模型描述了样品加载方向与D&P钢组织结构的关系。（B）工程应力应变曲线。（C）J-积分阻力曲线。

来源：中国科学院高能物理研究所

来源：zkyzswx 中科院之声

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