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本课题围绕马氏体基高强钢的加工-组织-性能关系这一主题展开研究。通过利用集成计算材料工程(Integrated Computational Materials Engineering,ICME)的方法,结合了各先进表征技术与分析方法、组织强韧化理论与数值模型、材料相变理论与物理模型、CALPHAD热力学与动力学数据库等,对马氏体基组织的强化、韧化机理及热处理-组织-性能关系进行了实验与建模研究。目的在于揭示决定马氏体组织强度和韧性的关键组织单元,阐释贝氏体相变与马氏体相变的协调机理,挖掘马氏体基高强钢具有最佳强韧性匹配的组织组成与热处理路线。同时,搭建马氏体基高强钢的热处理-组织-性能关系的物理模型,实现材料在具体合金成分及热处理工艺下组织和性能的有效预测,服务于材料的合金系统与热处理工艺的优化设计。全文具体内容及结论如下:(1)通过电子背散射衍射(Electron Back Scatter Diffraction,EBSD)技术,研究了在冲击载荷作用下主裂纹扩展路径与马氏体分级亚结构的关系,结果表明马氏体板条束界比板条块界具有更强的阻碍裂纹扩展的作用;通过原位激光共聚焦显微镜对贝氏体-马氏体协调相变过程进行了原位观察,发现在奥氏体连续冷却过程中优先相变生成的部分板条贝氏体组织可有效细化最终的板条马氏体组织,明显增加了基体大角度界面的密度并降低了组织内应力,其可有效延迟材料在受力作用下微裂纹的萌生和扩展,进而提高材料的低温韧性。(2)对不同热处理工艺下材料强韧性能的匹配情况进行了对比研究,结果表明通过临界淬火配合较低温度回火工艺获得的具有部分马氏体亚结构特征的临界铁素体和板条马氏体的双相组织可获得相对单相马氏体组织更优异的强韧性能匹配,而且通过降低冷却速率获得的板条贝氏体+板条马氏体双相组织和两次淬火工艺获得的细小单相马氏体组织均可实现相对一次淬火工艺强度不降低的情况下,低温韧性的有效提高。(3)通过结合各种分析型电子显微镜(Analytical Electron Microscope,AEM)定量表征技术和基于CALPHAD热力学动力学数据库的Langer-Schwartz-Kampmann-Wagner(LSKW)物理模型,对马氏体时效不锈钢15-5 PH(PrecipitationHardening)在回火过程中Cu析出物的各种定量信息,包括晶体结构、尺寸、体积分数、数量密度等进行了表征与建模,模型预测结果与实验结果吻合,建立了多组元合金体系马氏体的热处理与组织析出过程的关系模型。(4)通过 EBSD、TKD(Transmission Kikuchi Diffraction)、ECCI(Electron Channeling Contrast Imaging)、XRD(X-Ray Diffraction)等实验方法定量表征了淬火马氏体与回火马氏体各种强化机制的关键组织参数,并通过与各强化机制模型、力学性能测试相结合对Cu析出强化能力进行了实验定量评估。同时,通过结合LSKW析出过程模拟与析出强化模型对Cu析出强化能力进行了模型预测,其预测结果与实验评估结果具有较好的一致性,建立了马氏体的热处理-组织-性能(强度)关系的物理模型。