凝固亚稳相超性能工程材料探索研究

资源、能源和环境问题是人类社会面临的永恒课题，而这三者中资源问题尤为突出。开发新一代超性能工程材料，用最少的资源和能源消耗，最大限度地满足人类社会的需求，是材料工作者面临的长期战略任务。.本项目以双辊薄带连铸为工业技术背景，以铁基合金为实验材料，采用真空吸铸实验技术，研究通过控制成分与凝固过程获得亚稳相超性能工程材料的可能性和基本规律，为未来新一代超性能工程材料的制备进行前期探索。.本项目的目的是通过控制金属的成分和凝固过程获得目前还不为人知的新的亚稳相，或者直接通过凝固过程获得超细亚稳相，从而获得超性能工程材料。其意义表现在两个方面，一是通过大幅度提高材料的性能节约材料消耗，从而降低资源、能源和环境负荷；二是由于取消热处理工序，会大量节约能源消耗。

本项目提出通过凝固过程控制直接获得具有亚稳相的高性能工程材料工艺进行探索研究，以便减少后续轧制和热处理工艺，实现减少能源的消耗和资源的浪费。通过对亚快速凝固条件下第三代汽车用高强钢Fe-Mn系合金基本组元组织和力学性能的系统探索。结果显示利用亚快速凝固可以直接获得含有ε-马氏体和α-马氏体等亚稳相的材料，而且其组织达到微米甚至亚微米的超细材料。ε-马氏体马氏体的形成与成分和冷速有直接关系。宏观组织研究发现，薄板凝固以柱状晶为主，但凝固过程包晶反应可以极大促发等轴晶的形成，等轴晶区面积比可达到50％以上。亚快速薄板中存在明显的微观偏析，但是薄板表面和中心部分不存在任何宏观偏析，即宏观偏析被完全抑制。力学性能测试结果显示，亚快速凝固薄板试样的力学性能完全可以达到，甚至超过传统轧制—热处理方法试样的力学性能。结果显示出利用亚快速凝固技术完全可以制备出高性能工程材料，由于其节能、环保、经济、高效的特点，预示者凝固亚稳高性能工程材料制备思路潜在工业应用价值，并有待进一步的研究与开发。