多级结构的金属材料强韧化机理研究进展

刘宝玺，林曾孟，殷福星

多级结构的金属材料强韧化机理研究进展

刘宝玺，林曾孟，殷福星

（河北工业大学 材料学院 能源装备材料技术研究院 天津市材料层状复合与界面控制重点实验室，天津 300132）

强度和塑韧性是金属结构材料主要的性能指标，然而通常会出现强度与塑韧性倒置的现象，即传统的固溶强化、纳米晶强化、弥散强化和加工硬化在追求强度的同时会不可避免地牺牲金属材料的塑韧性。根据多级多尺度仿生结构可协同提高强度和韧性的思路，系统介绍了两级Ti-TiBw/Ti复合材料、不锈钢复合板、多层复合钢、层/网耦合结构钢和超细纤维晶钢的构型设计，并揭示其强韧化机理和断裂机制，通过改变裂纹的扩展方式与裂纹的竞争机制，以及残余内应力的释放等途径，有效实现材料的强韧化，可为金属材料强韧化提供新的设计思路和技术支撑。

多级仿生结构；强韧性；多层复合钢；层/网耦合结构；超细纤维晶

金属材料是创造现代文明的基础材料，目前航天航空、汽车造船、石油化工等领域亟需轻质高强的金属材料，实现金属结构材料的强韧化是世界材料工作者一生不懈追求的目标，然而，强度和韧性往往不可兼顾，容易呈现出强度-韧性倒置关系，即提高强度的同时往往会导致塑性和韧性的急剧下降[1—3]。在传统的四大金属强化方式中，只有细晶强化方式仅在微米尺度下既能提高强度，又能提高塑性和韧性，而固溶强化……