湖南大学材料院团队在超高强合金领域取得重要进展

超高强度金属材料是航空航天、先进能源装备及重型工程等领域的核心基础材料，但长期以来，如何在大幅提升强度的同时保持或改善塑韧性，始终是金属材料设计领域的经典难题之一。以马氏体钢为代表的超高强度钢，虽能通过高密度位错、细小层片状马氏体及纳米级析出相等机制实现极高的强度水平，却易在晶界区域产生应力集中，增加脆性断裂风险；其广泛存在的小角度晶界虽能改善塑性，却削弱晶界对位错的阻碍作用，导致传统马氏体合金屈服强度长期难以突破2.5 GPa瓶颈（在大多数工程化合金体系中，稳定实现的屈服强度通常仍停留在2.0–2.5 GPa以下）。

近日，湖南大学材料科学与工程学院研究团队在这一领域取得重要进展。研究团队通过界面复合体与位错协同强化新策略，在近单相马氏体合金中成功实现了拉伸屈服强度超过3 GPa级别的突破。通过冷轧引入了高密度位错和小角度晶界，低温退火驱动Mo、C和B原子在小角度晶界上发生协同偏聚，形成稳定的“界面复合体”。这些界面复合体在不牺牲界面位错传递能力的前提下，显著提升了其对位错运动的阻碍作用，从而将传统马氏体合金的强度上限提升至3 GPa以上。最终，该合金在室温下获得了3.05 GPa的拉伸屈服强度和5.13%的断裂伸长率，实现了超高强度与良好塑性的协同。

这一创新方法借助工业上可放大的“冷轧+低温退火”工艺，即在近单相马氏体基体中诱导金属和类金属元素于小角度晶界处发生协同偏聚，形成稳定的界面复合体结构。该界面复合体显著强化了小角度晶界对位错运动的阻碍作用，同时仍保留了位错传递的通道，从而有效抑制应力集中与脆性断裂倾向，在维持可观塑性变形能力的前提下大幅提升了材料的整体强度水平。展望未来，这种“以化学手段稳定缺陷结构、以界面工程重塑力学响应”的设计理念，具有较强的普适性，有望进一步拓展至更广泛的钢铁体系。

研究成果以“A 3-GPa ductile martensitic alloy enabled by interface complexes and dislocations”为题，发表在国际学术期刊Nature Materials《自然-材料》上。论文通讯作者为湖南大学石芸竹副教授、雷智锋教授和北京科技大学吕昭平院士，湖南大学材料科学与工程学院为第一单位，湖南大学博士研究生吕蓉和湖南大学机械学院李甲教授为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金和湖南省科技厅等项目资助支持。

研究团队所开发超高强合金的拉伸应力应变曲线及拉伸断口形貌。

论文截图。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-026-02479-9

来源：材料院

通讯员：张伟

责任编辑：李尹汝