钢铁材料中马氏体相变强韧化机制的分子动力学模拟

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51901248
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0104.金属结构材料与力学行为
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Advanced high-strength steels can obtain high strength and high plasticity simultaneously, breaking through the strength-ductility trade-off dilemma in traditional steels. Previous studies indicate that high strength and high plasticity can be obtained by controlling the martensitic transformation in steels. Therefore, understanding the mechanisms of mechanically induced martensitic transformation and its influences on the mechanical properties of steels are the keys to guide the design of high-performance steels. However, there has been no scientific consensus regarding the martensitic transformation paths and variant selection mechanisms, which limits the design and further optimization of high-performance steels. Previous studies of the applicant indicated that tensile directions had significant effects on the martensitic transformation paths, and hence the deformation mechanism and mechanical properties of pure iron. Based on the previous studies, this project aims to investigate the following scientific problems in Fe and Fe-based alloys during tensile deformation: (1) The influences of deformation conditions, the original grain size, the addition of carbon on the microstructural evolution of materials; (2) The factors that affecting the martensitic transformation paths and variant selections; (3) The effects of the forming microstructures on the deformation mechanisms and mechanical properties of materials. It is expected that this research will further deepen our understanding on the deformation mechanism and reveal the strengthening and toughening mechanisms in steels, which can provide both theoretical basis and instructive guidance for the design, research and optimization of new types of high-performance steels.
先进高强钢同时兼备高强度和高塑性,突破了传统钢铁材料中强度与塑性不可兼得的瓶颈问题。研究表明,可通过控制马氏体相变来同时提高钢的强度和塑性。因此,确定钢在变形过程中的马氏体相变机制及其对力学性能的影响是指导高性能钢铁材料设计的关键。然而目前国内外对马氏体相变的路径和变体选择机制仍缺乏全面的认识,这制约了高性能钢铁材料的设计和进一步优化。申请人前期的研究发现,不同的拉伸变形方向将显著影响铁中的马氏体相变路径,继而影响材料的变形机制与力学性能。本项目拟在申请人前期的研究基础上,进一步深入探讨Fe及Fe基合金在拉伸变形过程中:1)变形条件、变形前初始晶粒尺寸、碳元素对材料显微组织演变的影响;2)马氏体相变路径和变体选择的影响规律;3)微观组织的演变对材料的变形机制和力学性能的影响。研究结果可望进一步完善对钢铁材料强韧化机制的认识,为高性能钢铁材料的设计、研发和优化提供理论基础与指导依据。

结项摘要

先进高强钢同时兼备高强度和高塑性,突破了传统钢铁材料中强度与塑性不可兼得的瓶颈问题。可通过控制马氏体相变来同时提高钢的强度和塑性。本项目通过分子动力学模拟方法系统研究了纯铁及不同碳含量的Fe-C合金在不同塑性变形条件下的微观组织演变以及动态加载情况下材料的力学性能响应,在此基础上,深入探讨了Fe及Fe-C合金的塑性变形机制。此外,通过形核热力学分析,首次提出了纯铁中有关马氏体相变的非经典形核理论。研究表明:1. 纯Fe中马氏体通过亚临界晶核合并以及分步形核的非经典形核方式,可避免经典形核理论中提出的高形核能垒;2. 外界施加应力可引起纯Fe中发生面心立方(FCC)到体心立方(BCC)结构的马氏体相变,不同的加载条件导致相变过程中发生变体选择现象,进而引起相邻的片状马氏体发生合并长大的现象,最终影响材料的晶粒尺寸及力学性能;3. Fe-C合金在塑性变形过程中可发生FCC、BCC及密排六方(HCP)结构之间的相互转变,新相优先从碳原子附近形核,之后新相通过界面的迁移长大,而碳原子可以钉扎界面的迁移,从而起到延缓相变的作用,最终引起材料内部晶粒的细化,对材料起到强化作用;4. 不同的拉伸变形方向影响Fe-C合金中碳原子在各相晶格间隙的占位,占据不同间隙位置的碳原子对材料中位错的钉扎能力不同,从而影响材料的强度和塑性等力学性能。项目可提高对钢铁材料中强韧化机制的认识,并为高性能钢铁材料的设计和发展起到指导作用。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Positioning of interstitial carbon atoms in the deformed Fe-C system
变形Fe-C体系中间隙碳原子的定位
  • DOI:
    10.1016/j.mtcomm.2023.105377
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Materials Today Communications
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Yang Yang;Xiaoqin Ou;Hao Zhang;Min Song
  • 通讯作者:
    Min Song
Atomic-scale study of the {11-21} twinning and {11-22}-{11-21} double twinning mechanisms in pure titanium
纯钛中{11-21}孪晶和{11-22}-{11-21}双孪晶机制的原子尺度研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    International Journal of Plasticity
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Hao Zhang;Xiaoqin Ou;Song Ni;Hongge Yan;Xiaozhou Liao;Min Song
  • 通讯作者:
    Min Song
A new phase transformation route for the formation of metastable beta-Zr
形成亚稳态β-Zr的新相变途径
  • DOI:
    10.1007/s10853-020-05387-8
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Materials Science
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    An Xinglong;An Keying;Zhang Hao;Ou Xiaoqin;Ni Song;Song Min
  • 通讯作者:
    Song Min
Fundamental study of nonclassical nucleation mechanisms in iron
铁中非经典成核机制的基础研究
  • DOI:
    10.1016/j.actamat.2022.117655
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Acta Materialia
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    Xiaoqin Ou;Jilt Sietsma;Maria J. Santofimia
  • 通讯作者:
    Maria J. Santofimia
Effects of Al on crack propagation in titanium alloys and the governing toughening mechanism
Al对钛合金裂纹扩展的影响及其增韧机制
  • DOI:
    10.1016/j.mechmat.2021.104107
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Mechanics of Materials
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Hao Zhang;Xiaoqin Ou;Xiaoyong Zhang;Hongge Yan;Kechao Zhou;Min Song
  • 通讯作者:
    Min Song

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其他文献

LaB_6掺杂对超细晶WC-10Co合金断裂韧性的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料热处理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖代红;肖代红;申婷婷;申婷婷;欧小琴;欧小琴;宋旼;宋旼;贺跃辉;贺跃辉
  • 通讯作者:
    贺跃辉

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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