北科大《Acta Materialia》：增材制造马氏体时效钢的氢脆行为！

来源：材料科学与工程

18Ni(300) 马氏体时效钢以金属间化合物强化的韧性 Fe-Ni 马氏体为基体，具有超高强度、良好的韧性和加工性能。它被广泛应用于航空、航天和模具等领域。最近，一种典型的金属增材制造方法--激光粉末熔床（L-PBF）技术已被应用于在这些熔炉中快速成型形状复杂的产品。目前，对 L-PBF 18Ni(300) 钢的研究大多集中在制备和热处理工艺的优化上。然而，作为一种超高强度钢（UHSS），氢脆（HE）是服役安全中必须考虑的重要潜在风险。受复杂微结构演变的影响，不同时效状态下马氏体时效钢氢脆（HE）的主导因素并不明确。

来自北京科技大学的学者通过实验和数值模拟系统地阐明了这一基本问题。在欠时效和峰值时效状态下，弥散相干ω/基体界面和尖锐半相干η-Ni3Ti/基体界面分别充当可逆陷阱。它们不同的界面特性决定了两种状态下陷阱密度的差异。陷阱密度越低，氢扩散速度越快，晶格中的氢含量也越高，导致欠时效状态下的 HE 最差。在峰值时效状态下，最高的陷阱密度缓解了这种情况。在过时效状态下，与 η-Ni3Ti/基质界面相比，新形成的 Laves-Fe2Mo/ 基质界面起到了略深的捕集作用，但界面面积的减少降低了捕集密度，反而加速了氢扩散。即便如此，还原奥氏体
steel by experiments and numerical simulations”标题发表在Acta
Materialia。对延展性的改善进一步缓解了这种状态下的高热敏感性。相关文章以“Research on hydrogen embrittlement behavior of L-PBF 18Ni(300) maraging

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119141

图 1. 氢气渗透测试的实验装置示意图。

图 2. 不同时效状态下 L-PBF 18Ni(300) 钢的微观组织形态：（a-c）DAT440、（d-f）DAT490、（g-i）DAT540 试样。图 2（a、d、g）为二次电子（SE）图像，其他为 TEM-亮场（TEM-BF）图像。

图 3. 在不同温度下时效的 L-PBF 18Ni(300) 试样中析出物的 HR-TEM 图像（a-c）和相应的 FFT 图形（d-f）：(a、d）DAT440、（b、e）DAT490 和（c、f）DAT540 试样。

图 4. 不同测试条件下的标称应变-应力曲线（a-c）和用不同方法获得的高炉易感性指数（d-f）。

图 5. 充氢不同时间的拉伸试样断裂面的外观。图像中标注的百分比表示脆性开裂区域的面积分数。

图 6. 拉伸试样（预充电 3 小时）断裂表面局部区域的形态：(a、d）DAT440、（b、e）DAT490 和（c、f）DAT540 试样，（d-f）图像（a-c）中局部放大的区域。

图 7. 积聚瞬态氢渗透曲线（a-c）和测得的表观扩散系数（d）。

图 8. 不同测试条件下的热解吸光谱（TDS）及其拟合曲线。

图 9. 不同沉淀物/基质界面的 HR-TEM 图像、FFT图样和 GPA 结果。

图 10. (a) 衰减瞬态曲线和 (b) 积累瞬态曲线及其拟合曲线。

图 11. 充电 24 小时的平板试样中的模拟氢分布：（a）晶格间隙中的归一化氢含量，以及（b）陷阱占用率。

本研究关注了时效温度对L-PBF 18Ni(300) 钢 HE 行为的影响。主要结论如下：(1) 在欠时效状态下，弥散的相干ω/基体界面起到了弱陷阱的作用。在峰值时效状态下，尖锐的半相干η-Ni3Ti/基体界面由于较高的晶格误差而成为稍深的陷阱。这种界面性质的变化可能决定了两种状态下陷阱密度的不同。(2) 在欠时效状态下，最低的陷阱密度导致氢扩散速度最快，晶格中的氢含量最高，从而引起最严重的高热。在峰值时效状态下，最高的陷阱密度缓解了这种情况。(3) 在过时效状态下，新形成的 Laves-Fe2Mo/ 矩阵界面比 η-Ni3Ti/ 矩阵界面起着稍深的捕集作用，但界面面积的减少降低了捕集密度，反而加速了氢扩散。即便如此，还原奥氏体改善的延展性进一步缓解了这种状态下的高热敏感性。（文：SSC）