近期，中国科学院金属研究所特种合金研究部先进特殊钢团队牛梦超博士、王威研究员、杨柯研究员联合香港理工大学焦增宝教授，针对Fe-Ni-Ti基马氏体时效钢时效后出现的晶间脆性问题，通过研究溶质原子相互作用对晶界偏析、析出和断裂的影响，发现高强度马氏体时效钢晶界处形成粗大的Ni3Ti析出相和相应的无析出区（PFZs）是造成晶间脆化的主要原因，这些区域有利于裂纹在晶界处形核和扩展，同时研究发现，通过合理的Mo合金化，能够有效抑制晶间脆化，从而大大提高钢材的韧性。从原子尺度分析显示，Mo可以减少Ni和Ti在晶界的偏析，有效地抑制粗大的Ni3Ti析出物和PFZs在晶界处的形成，同时，Mo偏析增强了晶界的凝聚力，这也可能在抑制沿晶断裂方面起到了次要作用。相关研究结果以“Atomic-scale understanding of solute interaction effects on grain boundary segregation, precipitation, and fracture of ultrahigh-strength maraging steels”发表于Acta Materialia, 2023, 253: 118972。
这是继该团队在高强度马氏体时效钢中发现Co在时效初期降低Ni和Ti原子间相互作用能，导致Co-Ni-Ti团簇优先在过饱和固溶体中形成(Acta Materialia, 2019,179: 296-307)以及利用纳米Ni3Ti、富Mo相、富Cr相的复合析出强化开发出兼具超高强度、良好塑韧性和耐腐蚀性能的新型马氏体时效不锈钢(Acta Materialia, 2021,209:116788)之后，利用纳米相调控材料性能的又一研究突破，向超高强度钢的成分以及结构调控方面迈出了重要一步。该研究工作得到了国家自然科学基金和中国科学院区域创新青年学者项目的资助。
图1. (a) α-Fe Σ3 [110] (111) 对称倾斜 GB 和 (b) 块体 bcc Fe 的原子结构模型
图2. Fe-Ni-Ti-(Mo)马氏体时效钢的室温拉伸性能和断口形貌和时效后元素和析出相晶界分布的APT和TEM表征
图3. Fe-Ni-Ti-(Mo)马氏体时效钢的脆化及去脆化机制示意图