上海光学精密机械研究所----上海光机所在材料结构强韧化机理方面取得突破性进展

信息公开

信息公开工作信息

相关规定
信息公开规定
 信息公开指南
 信息公开目录
组织机构
信息公开监督机构信息公开工作机构

年度报告
中国科学院上海光机所2023年度信息公开工作报告
 中科院上海光机所2022年度信息公开工作报告

信息公开

组织机构      发展规划

科研动态      科研成果      成果转化

人才队伍      招生培养

国际合作     科学普及     年度统计     科技期刊

预算决算
系列专题
2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 更多往年专题

超强激光科学卓越创新简报

(第七百零九期)

2025年9月18日

上海光机所在材料结构强韧化机理方面取得突破性进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部激光智能制造研发中心杨上陆研究员团队联合香港城市大学吕坚院士、美国加州大学伯克利分校Robert O. Ritchie 院士和上海交通大学陈乃录研究员团队成功突破超高强钢的强度-塑性-韧性组合极限。团队创新性地发现了打破传统认知的裂纹前端吸收位错现象，构建了一种兼具超高强度、塑性和韧性的多尺度材料结构，相关研究成果以“Toughness enhancement by massive dislocation absorption at the crack front”为题发表于PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。

如何实现材料卓越性能的同时有效控制成本，一直是激光智能制造应用的追求。然而，由于高Peierls-Nabarro应力和有限位错运动引起的局域应力集中，提高材料强度通常以牺牲塑性和韧性为代价，导致强度-延性/强度-韧性之间的倒置关系。目前克服强度-延性/强度-韧性倒置的主流方法侧重于调整基体合金元素或调控位错、晶界和/或相界等缺陷。过多的合金元素（Ni、Co和Cr）添加，材料成本会成倍增加，调控材料缺陷所使用的多步锻造或轧制工艺更为复杂。

研究团队基于前期发现的位错越过马氏体/奥氏体界面（DAMAI）现象，设计并制备了一种低成本的高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）钢，主要微观组织是贫碳的回火马氏体（α）及稳定的富碳残留奥氏体（γ）。在形变过程中，稳定的富碳残留奥氏体引发DAMAI效应，位错不断越过马氏体/奥氏体界面从α到γ中，导致α“软化”并提高其形变能力，同时运动到γ中的位错导致γ“硬化”，在保持50 GPa·%强塑积的同时，断裂韧性达到了130 MPa·m^1/2，并且通过原位透射电镜发现了打破传统认知的裂纹前端吸收位错（DACF）效应。此外，在断裂过程中，裂纹前端塑性区发生DAMAI效应，裂纹前端相变区发生异常的裂纹前端吸收位错（DACF）效应，裂纹扩展过程中，马氏体中的位错不断被裂纹前端高韧性奥氏体吸收，显著缓解了马氏体中的应力集中，推迟了裂纹在马氏体中的扩展，该研究将有助于开发高强韧的马氏体钢以及其他具有应变诱发马氏体相变（SIMT）现象的高性能合金。

中国科学院上海光机所杨上陆研究员、香港城市大学吕坚院士、美国加州大学伯克利分校Robert O. Ritchie 院士和上海交通大学陈乃录研究员为共同通讯作者，张家志博士、于秦博士和田佳壮博士为论文共同第一作者，相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家自然科学基金/香港研究资助局联合科研资助基金、中国博士后科学基金等支持。

原文链接