南科大机械系逯文君团队合作在复杂成分轻质钢领域取得研究进展

近日，南方科技大学机械与能源工程系逯文君副教授团队联合中南大学粉末冶金学院国家重点实验室王章维教授团队和中南大学材料学院李志明教授团队在Nature Communications发表论文，报道了一种在具有高层错能的复杂成分轻质钢中获得变形孪晶的新策略。

研究发现，引入纳米双析出机制可获得1.9 GPa的抗拉强度，该强化效应为变形孪晶的形成提供了所需的临界应力，从而在高应力下获得大量的变形孪晶；同时，高应力孪晶的形成又为轻质钢提供了新的变形机制并提高了其力学性能。该类高应力孪晶效应所提供的强韧化机制为改善高层错能合金的力学性能提供了新途径。

Fe-Mn-Al-C轻质钢因具有低密度、良好的综合力学性能和低成本的优点，成为了一类有广阔应用前景的工程材料。然而该类轻质钢因具有高层错能，使其变形机制以位错平面滑移为主，极大地限制了轻质钢强韧性能的优化窗口。众所周知，孪晶诱导塑性效应（TWIP）作为一种高效的应变硬化和韧化机制，能显著地提高材料的力学性能。由于变形孪晶的形成与合金的层错能密切相关，如何在高层错能材料中获得变形孪晶成为亟待解决的难题。

为此，逯文君团队及其合作者通过引入复杂成分合金化这一理念，重新设计了传统的Fe-Mn-Al-C轻质钢，充分结合复杂成分合金与轻质钢的各自优势，开发出了一种全新的复杂成分轻质钢（Fe-26Mn-16Al-5Ni-5C，at.%）。该轻质钢的层错能约为79 mJ/m2，远超FCC普通钢铁材料形成变形孪晶的层错能极限（小于50 mJ/m2）。由于此轻质钢成分的独特设计，实现了κ碳化物和B2两种纳米相同时析出（即称为“双纳米析出相”），为该轻质钢提供了超高的拉伸应力，从而超过了变形孪晶的临界应力，促使变形孪晶形成。通过透射电镜原位力学表征技术证实了高应力孪晶现象是轻质钢在变形后期的重要变形机制，并抑制了裂纹萌生，*终改善了轻质钢的塑性。相关研究成果以题“High stress twinning in a compositionally complex steel of very high stacking fault energy”发表在Nature communications上。

中南大学王章维教授为论文*作者。南方科技大学逯文君副教授与中南大学王章维和李志明教授为论文共同通讯作者。南方科技大学安丰超博士为论文的重要贡献者（排名第三）。该工作获得粉末冶金国家重点实验室开放基金、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、德国自然科学基金、深圳市科创委面上项目基金和松山湖实验室开放基金重点项目的资助与支持。

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