DARA效应位错机制的TEM揭示和分子动力学模拟的验证

In general, the mechanism of ductility enhancement by retained austenite includes transformation induced plasticity (TRIP) effect and blocking crack propagation (BCP) effect, which were proposed by foreign investigators 50 years ago. Recently, another important effect was found belonging to this mechanism, that is, dislocation absorption by retained austenite (DARA) effect proposed by our group. Based on the results of dislocation densities measured by X-ray diffraction (XRD), the DARA effect was confirmed in both the low carbon quenching-partitioning-tempering (Q-P-T) steel and the bainitic steel; meanwhile two conditions of DARA effect were proposed. The DARA effect was indirectly verified by transmission electron microscopy (TEM) observation. The dislocation mechanism of DARA effect further needs to experimentally and theoretically investigate deeply. Therefore, the following three key issues will be focused. 1) DARA effect will be directly verified by in-situ TEM observation on tension; 2) The burgers vector of dislocation and slip plane will be determined by TEM; 3) Based on one of these determined slip systems, DARA effect will be theoretically verified by molecular dynamics (MD) simulation. In general, this research will provide more powerful evidences to reveal the dislocation mechanism of DARA effect, which can make the DARA effect be more widely accepted in the world.

对于残余奥氏体增强塑性的机制，分别是近50年前国外学者提出的相变诱发塑性（TRIP）效应和阻碍裂纹扩展效应，以及我们课题组最新提出的残余奥氏体吸收位错（DARA）效应。申请人最近分别对低碳淬火-分配-回火（Q-P-T）钢和贝氏体钢进行了位错密度的X射线衍射测定，论证了该效应存在的合理性，并提出了其产生的条件，横跨相界面位错的透射电镜（TEM）观察间接地证明了DARA效应。对于DARA效应的位错机制有待于从实验和理论上进行深入的研究。为此，本项目研究将聚焦于以下几个关键问题。①拉伸过程中位错从马氏体越过相界面进入残余奥氏体的动态TEM观察的直接证明；②横跨界面位错的柏氏矢量和滑移面的TEM确定；③基于TEM确定的其中一个位错滑移系，通过分子动力学模拟提供DARA效应位错机制的理论证明。本申请项目的研究将为揭示DARA效应的位错机制提供清晰的物理图像，从而使DARA效应在国际上被更广泛的接受。

对于残余奥氏体增强塑性的微观机制，分别是近50年前国外学者提出的相变诱发塑性（TRIP）效应和阻碍裂纹扩展（BCP）效应，以及我们最新提出的残余奥氏体吸收位错（DARA）效应。DARA效应作为先进高强度钢增强塑性的一个新效应，其重要性不言而喻。本项目对DARA效应产生的条件、是否具有普适性、位错机制的理论和实验问题等进行了较为系统的研究，获得了以下成果：1) 提出了淬火-分配-回火（Q-P-T）钢中碳分配与DARA效应导致的马氏体基体的两次软化的微观机制以及其对塑性增强的作用；2) 证实了DARA效应在高碳Q-P-T钢（微观组织由位错型BCC马氏体、孪晶型BCC马氏体和FCC残余奥氏体组成）中存在，少量的孪晶马氏体不会阻止DARA效应的产生，继而拓展了DARA效应在低碳、中碳和高碳钢中存在的范围；3) 揭示了高碳钢经正火预处理+Q-P-T工艺处理后呈现出的超过50GPa%的高强塑积及其高强塑性的原因；4) 分子动力学的原子模拟结果从理论上证明了位错越过界面从BCC马氏体进入到FCC奥氏体的可能性，也即充分证实了DARA效应存在的合理性；5) DARA效应产生条件的验证与修正：DARA效应产生的第二个条件（马氏体和残余奥氏体两相应具有共格或半共格界面）应该修正为马氏体和残余奥氏体两相应具有共格（或半共格）界面，并且两相中的位错具有几乎平行的滑移面。我们提出的DARA效应与国外学者提出的TRIP效应和BCP效应具有同等重要的地位，共同构成了更加完整的残余奥氏体增强先进高强度钢塑性的微观机制。项目的研究成果丰富了具有独立创新的DARA效应的内涵，提高了我国学者在先进高强度钢研究领域的影响力，促使DARA效应在国际上被更广泛的接受。