——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高端光電裝備部激光智能制造研發(fā)中心楊上陸研究員團(tuán)隊聯(lián)合香港城市大學(xué)呂堅院士、美國加州大學(xué)伯克利分校Robert O. Ritchie 院士和上海交通大學(xué)陳乃錄研究員團(tuán)隊成功突破超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度-塑性-韌性組合極限。團(tuán)隊創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)了打破傳統(tǒng)認(rèn)知的裂紋前端吸收位錯現(xiàn)象，構(gòu)建了一種兼具超高強(qiáng)度、塑性和韌性的多尺度材料結(jié)構(gòu)，相關(guān)研究成果以“Toughness enhancement by massive dislocation absorption at the crack front”為題發(fā)表于PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。
如何實現(xiàn)材料卓越性能的同時有效控制成本，一直是激光智能制造應(yīng)用的追求。然而，由于高Peierls-Nabarro應(yīng)力和有限位錯運動引起的局域應(yīng)力集中，提高材料強(qiáng)度通常以犧牲塑性和韌性為代價，導(dǎo)致強(qiáng)度-延性/強(qiáng)度-韌性之間的倒置關(guān)系。目前克服強(qiáng)度-延性/強(qiáng)度-韌性倒置的主流方法側(cè)重于調(diào)整基體合金元素或調(diào)控位錯、晶界和/或相界等缺陷。過多的合金元素（Ni、Co和Cr）添加，材料成本會成倍增加，調(diào)控材料缺陷所使用的多步鍛造或軋制工藝更為復(fù)雜。
研究團(tuán)隊基于前期發(fā)現(xiàn)的位錯越過馬氏體/奧氏體界面（DAMAI）現(xiàn)象，設(shè)計并制備了一種低成本的高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）鋼，主要微觀組織是貧碳的回火馬氏體（α）及穩(wěn)定的富碳?xì)埩魥W氏體（γ）。在形變過程中，穩(wěn)定的富碳?xì)埩魥W氏體引發(fā)DAMAI效應(yīng)，位錯不斷越過馬氏體/奧氏體界面從α到γ中，導(dǎo)致α“軟化”并提高其形變能力，同時運動到γ中的位錯導(dǎo)致γ“硬化”，在保持50 GPa·%強(qiáng)塑積的同時，斷裂韌性達(dá)到了130 MPa·m1/2，并且通過原位透射電鏡發(fā)現(xiàn)了打破傳統(tǒng)認(rèn)知的裂紋前端吸收位錯（DACF）效應(yīng)。此外，在斷裂過程中，裂紋前端塑性區(qū)發(fā)生DAMAI效應(yīng)，裂紋前端相變區(qū)發(fā)生異常的裂紋前端吸收位錯（DACF）效應(yīng)，裂紋擴(kuò)展過程中，馬氏體中的位錯不斷被裂紋前端高韌性奧氏體吸收，顯著緩解了馬氏體中的應(yīng)力集中，推遲了裂紋在馬氏體中的擴(kuò)展，該研究將有助于開發(fā)高強(qiáng)韌的馬氏體鋼以及其他具有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變（SIMT）現(xiàn)象的高性能合金。
中國科學(xué)院上海光機(jī)所楊上陸研究員、香港城市大學(xué)呂堅院士、美國加州大學(xué)伯克利分校Robert O. Ritchie 院士和上海交通大學(xué)陳乃錄研究員為共同通訊作者，張家志博士、于秦博士和田佳壯博士為論文共同第一作者，相關(guān)工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金/香港研究資助局聯(lián)合科研資助基金、中國博士后科學(xué)基金等支持。
