纳米团簇强化合金中纳米相结构、异相界面及强化机制研究

Precipitation-strenthening has already been utilized to many alloy systems, becoming one of the most powerful strengthening methods. It is of scientific and practical significance to design novel strengthening phase and understand their strengthening mechanisms. Previous research results indicate that nanocluster can be applied to strengthen the alloys. The nanoclusters precipitate from the alloy matrix during aging, resulting in a high yield strength without sacrificing alloy ductility. The nanoclusters in nanocluster-strengthened alloys, in general, require a complicated structure to maintain the thermostability and improve the precipitation strengthening effect. In this proposal, a duplex hierarchical structure is proposed to design the nanocluster as a strengthening agent. High strength low alloy steel containing Cu and Mg-Re alloys are selected to produce the duplex hierarchical nanoclusters. The effect of alloy contents and heat treatment on the nanocluster structure and heterophase interface will be investigated in both alloy system to elucidate the stability of the duplex hierarchical structured nanocluster and its strengthening mechanism. From these studies, furthermore, the nanocluster nucleation and growth can be fundamentally understood.

沉淀强化已被应用于多种合金体系，是合金强化的最有效方法之一。设计新的强化相结构并理解其强化机制对于开发新型高强度结构材料具有重要的科学价值和意义。已有的研究结果表明利用纳米团簇作为沉淀强化相不但可以使合金获得高强度，还可以保持合金具有较好的塑性和韧性而获得优良的综合力学性能。纳米团簇强化合金中的纳米团簇一般都要求具有较复杂的多重结构以提高其热稳定性并增强沉淀强化效果。本项目提出利用具有复相层级结构的纳米团簇作为沉淀强化相。分别选用含Cu高强度低合金钢和Mg-RE系镁合金为研究对象，研究不同合金体系中纳米团簇的结构以及纳米团簇和基体间异相界面随成分和处理工艺的演变，旨在阐明合金成分和处理工艺对纳米团簇结构和异相界面的影响，在此基础上探索复相层级结构的纳米团簇热稳定相及其强化机制，进而在不同合金体系中设计新的纳米相结构。同时，通过本项目的研究深入理解复杂纳米相的形核、长大热、动力学机制。

沉淀强化已被应用于多种合金体系，是合金强化的最有效方法之一。设计新的强化相结构并理解其强化机制对于开发新型高强度结构材料具有重要的科学价值和意义。已有的研究结果表明利用纳米团簇作为沉淀强化相不但可以使合金获得高强度，还可以保持合金具有较好的塑性和韧性而获得优良的综合力学性能。纳米团簇强化合金中的纳米团簇一般都要求具有较复杂的多重结构以提高其热稳定性并增强沉淀强化效果。本项目提出并实现了利用具有复相层级结构的纳米团簇作为沉淀强化相，开发出屈服强度超过1800MPa的高强度低合金钢。对纳米尺度的团簇沉淀相的结构、异相界面结构研究及其对高强度低合金钢的力学性能的影响进行了深入研究。首先通过合金成分和热机械处理控制研究，有效分离纳米团簇和显微结构等其他强化因素对合金力学性能的影响，深入研究了复杂纳米相的形核、长大热、动力学机制。在揭示合金成分和热机械处理工艺对纳米团簇和基体相异相界面演变过程的同时，探索了复相层级结构纳米团簇在时效各个阶段的强化机制转变。通过利用不同稀土元素和Zn元素在Mg-Re合金中引入纳米沉淀相，研究了沉淀相对Mg-RE系合金显微结构及力学性能影响，既优化了镁合金综合力学性能，也阐明了纳米沉淀相形成过程以及对基体相的影响，还对其强化机制进行了定量化研究。