低密度耐磨高锰钢强韧化与断裂的演化机制获揭示

广东省科学院新材料研究所先进钢铁研究团队联合香港生产力促进局及乌克兰国家科学院合金物理工艺研究所，研究揭示低密度耐磨高锰钢强韧化与断裂的演化机制。相关研究近日发表于Materials Science and Engineering: A。广东省科学院新材料研究所郑志斌博士为该论文第一作者，香港生产力促进局杨浩坤博士为通讯作者。

高锰钢（Hadfield steel）作为最重要的耐磨材料之一，被广泛应用在矿山、冶金、水泥、电力、建材、铁路、海工等国家关键行业中。它在面临冲击磨损过程中的强冲击和大压力等问题时表现出的优异耐磨性，是其他材料难以比拟的。这主要归功于高锰钢出色的加工硬化能力，然而也正是需要依靠加工硬化，使得高锰钢在低应力磨损条件下服役效果不理想。同时，“双碳”战略目标要求高端粉磨破碎装备具备运转高效化及低能耗化，关键核心耐磨构件材料的轻量化是重要途径之一。

为实现高锰钢的轻量化效果，铝元素被考虑添加到高锰钢中，并配合合适的热处理与人工时效强化，可以进一步提升低密度高锰钢的力学性能。但是如何调控铝元素含量并配合后续热处理工艺制度是一个比较复杂的问题，长期以来受到国内外学者关注。

在该项工作中，研究人员深入开展了低密度高锰钢的元素设计、材料性能优化、热处理制度与断裂机制等方面的研究。结果表明，通过调整高锰钢中铝元素含量，可以调控高锰钢强韧化机制从孪生诱发强化转变为变形带强化；并通过高温水韧处理配合低温人工时效热处理，引入纳米级κ-碳化物析出相得以提升材料屈服强度和表面硬度。

该研究结果证实了通过铝元素添加实现低密度耐磨钢设计的可能性，并有望拓展耐磨高锰钢在低应力磨损工况下服役的应用。

上述研究得到广东省国际科技合作项目、国家重点研发计划项目、广东省科学院发展专项和广州市青年科技人才托举项目等的支持。该系列成果还包括发表于China Foundry、Steel Research International、Journal of Iron and Steel Research International等。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144467

https://doi.org/10.1007/s41230-022-2004-3

https://doi.org/10.1002/srin.202200191