《Scripta Materialia》：高强钢的电流诱发析出强化！

近年来，人们对电流/电场/电荷作为提高金属材料力学性能的工艺参数表现出相当大的兴趣。所谓电塑性，是指在材料变形过程中通过对其施加电流来提高塑性的现象。已有研究表明，电流可以增强与退火、时效等微观结构变化相关的扩散动力学，如溶解、回复、再结晶等。高强钢(AHSS)具有高碰撞性、高燃油效率和成本效益，因此在汽车领域得到广泛应用，现阶段电流对AHSS力学性能和微观结构变化影响的研究非常有限，有必要系统的探讨电流对高强钢的影响。

韩国首尔国立大学的研究人员将电塑性引入AHSS中，重点分析了烘烤硬化性（BH），证实了电流引发的动力学强化可以有效的控制具有烘烤硬化性特性高强钢的析出行为，定量研究了电流对CP钢塑性变形过程中析出强化的影响。相关论文以题为“Electric current-induced precipitation hardening in advanced high-strength steel”发表在Scripta Materialia。

本文材料CP钢成分为Fe-0.07C-2.5Mn-0.96Cr-0.05Nb。冷轧后，CP钢在800-850℃退火，冷却到400-450℃后进行等温处理。进行了通电和非电状态下的单轴拉伸试验，为了说明电塑性影响，非电状态在室温、100℃、200℃、300℃进行试验。电相关参数为：脉冲电流600A，脉冲周期10s，电流持续时间0.1s。

材料组织由铁素体、贝氏体和马氏体组成。在室温非电拉伸条件下，CP钢在约849 MPa初始屈服后出现应变硬化，在真应变为0.089时断裂。在脉冲拉伸过程中，施加每一个脉冲电流时，流变应力立即下降，然后由于应变硬化而增加，直到下一个脉冲电流。断裂伸长率为0.11。当施加电流时发生焦耳热效应，许多研究已经证实，当电流流经试样时，试样的应力下降以及去除电流后的硬化行为，都受到电流的热效应和非热效应的影响。对比发现，随着温度由室温升高至300℃，试样硬度有所提升，但是均小于电脉冲下的试样硬度，这说明析出强化在电脉冲拉伸下较活跃，证实了除热效应外，电流对析出强化作用的有一定影响。

图1 (a) CP钢的微观结构，(b) 非电室温下、在100、200、300℃和电脉冲状态下的真应力应变曲线；(c) 电脉冲拉伸时的温度变化

图2 (a) 电脉冲拉伸与高温拉伸对比；(b) 不同状态下拉伸试样的维氏硬度；(c) 不同状态下拉伸试样的FWHM分析

图3 (a)绝对散射截面；(b)析出相的体积分数分布；(c)在不同状态下析出相的平均直径和数量密度；(d)非电和电脉冲拉伸试样的微观结构变化示意图

假设所有纳米析出均为NbC，计算了析出相的体积分数，非电室温、电脉冲和加热试样析出相的平均直径分别为1.178、0.882和0.889 nm。对于电脉冲拉伸和加热试样，与非电室温拉伸试样相比，析出相的体积分数增加，而平均直径减小，表明新形成了大量尺寸小于1nm的团簇型析出相。电脉冲拉伸试样中新形成的析出相平均直径和数量密度均优于加热试样。

本研究在统计分析的基础上，对电流诱导析出强化的NbC相进行了量化。位错密度或位错结构可能是电流诱导析出强化中NbC相增加的重要因素之一。在电辅助变形中，考虑周围基质相位的位错结构和析出行为变化有待进一步研究。本文为利用电流实现理想的性能提供了新的见解。