導讀：細化晶粒成為改善材料性能的重要途徑。目前的晶粒超細化方法主要針對鐵素體晶粒的超細化，難以用來實現原奧氏體晶粒超細化。本文報道了一種有效實現碳鋼原奧氏體晶粒超細化的方法，采用高能電脈沖處理，成功制備了超細晶42CrMo鋼和超細晶M2高速鋼。

自從Hall-Petch揭開了材料晶粒尺寸與強度的關系之后，如何細化金屬材料組織尺寸成為改善材料性能的重要途徑。根據Hall-Petch定律，為了實現鋼材強度翻倍，晶粒尺寸需要超細化。于是日本于上世紀90年代末率先提出 “超級鋼”計劃，目標是開發具有超細晶粒組織的高性能鋼材。隨后韓國、中國和歐盟相繼制定了自己的超細晶鋼研發計劃。從此，超細晶成為了高性能鋼材的一項重要特征。

經過三十多年的發展，全世界的研究人員開發了多種超細晶鋼制備方法，構件了系統的超細晶組織控制理論。這些方法和理論包括：控軋控冷，中間熱軋，大塑性變形，形變誘導鐵素體相變等等。然而這些晶粒超細化方法主要針對鐵素體晶粒的超細化。對于眾多高強鋼而言，它們服役狀態的顯微組織通常為馬氏體、回火馬氏體或貝氏體。晶粒超細化是要求它們的原奧氏體晶粒尺寸小于5μm，因此，鐵素體晶粒超細化方法難以用來實現原奧氏體晶粒超細化。

來自湖北汽車工業學院的研究人員報道了一種有效實現碳鋼原奧氏體晶粒超細化的方法，他們采用高能電脈沖對42CrMo鋼、高速鋼進行處理，成功制備了超細晶42CrMo鋼和超細晶M2高速鋼。相關研究成果獲得發明專利授權，并先后發表在國際期刊上，分別為發表在ISIJ International期刊題為的Fabrication of Ultrafine Grained High Speed Steel with Satisfactory Carbide Dissolution by Electropulsing Treatment，以及 發表在Materials Science & Engineering A期刊題為的Microstructure and mechanical property of electropulsing tempered ultrafine grained 42CrMo steel。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139213

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2018-774

論文第一作者在吉林大學就讀研究生期間就發現并報道了電脈沖作用下碳鋼中的奧氏體晶粒在逆相變過程中具有很高的形核率，新的研究結果進一步證實了電脈沖對鋼中原奧氏體晶粒出色的超細化能力，并且適用于多種碳鋼。

圖1、電脈沖處理M2高速鋼顯微組織: (a) 1095℃, (b)1138℃, (c) 1185℃,；(d)~(f) 為 (a) ~ (c)高倍圖像.

圖2、42CrMo鋼830℃淬火原奧氏體晶界形貌：（a）電脈沖處理；（b）傳統熱處理

原奧氏體晶粒超細化將進一步促進淬火后馬氏體組織的細化。但是通過統計EBSD檢測數據中的大角度晶粒數量發現，一個超細原奧氏體晶粒中含有的亞晶粒數量大幅度少于粗大的原奧氏體中含有的亞晶粒數量。這意味著，隨著原奧氏體晶粒超細化，馬氏體組織將越來越難以細化。

圖3、42CrMo鋼EBSD圖片：（a）傳統830℃淬火試樣IPF圖，（b）為（a）的晶界；（c）電脈沖830℃淬火試樣IPF圖，（d）為（c）的晶界.

這些工作不僅為制備原奧氏體超細晶鋼帶來了一種新的有效方法，同時還讓人們看到高能電脈沖復雜的熱效應與非熱效應對奧氏體的相變具有獨特的影響，這事關奧氏體超細化過程中所需高形核率產生的根本原因。這將啟發人們去探索新的奧氏體超細化相變機理。

*感謝原文作者團隊對本文的大力支持。

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