通过可解释的增量机器学习方法，优化合成具有特定形态和分散性的α-Al?O?的工艺

《Materials Reports: Energy》：Process optimization for synthesizing α-Al 2O 3 with tailored morphology and dispersibility by interpretable incremental machine learning

超高强度钢的复合热处理工艺及异质强化机制研究。采用完全奥氏体化（CA）+等温淬火（IQ）+快速加热淬火与 partitioning（FHP）制备出具有异质层状结构和锰元素化学异质性的钢种，其屈服强度1176 MPa，抗拉强度1868 MPa，延伸率19.2%，强度-延展性乘积达35.8 GPa·%。通过抑制原子扩散保留化学异质性，形成高密度几何必需位错（GNDs）和垂直于相界面的位错排列，实现异质变形诱导（HDI）强化效应。

　　
本研究提出了一种新型多阶段热处理工艺，旨在突破传统高强度钢中强度与塑性的固有矛盾。该工艺通过完全奥氏体化（CA）、临界区淬火（IQ）与快速加热淬火与 partitioning（FHP）三阶段协同作用，成功开发了具有1176 MPa屈服强度、1868 MPa抗拉强度和19.2%延伸率的超高强度钢，其强度-塑性乘积（PSE）达到35.8 GPa·%，在低碳（0.24 wt%）低锰（2.27 wt%）条件下实现了性能突破。

### 关键技术创新点
1. **多尺度异质结构构建**
通过CA阶段获得均匀奥氏体组织，IQ阶段引入化学异质性（Mn元素分布梯度），FHP阶段快速加热（200℃/s）形成亚微米级异质结构（图2）。实验发现，经FHP处理后形成的异质结构中，软相铁素体与硬相马氏体的界面间距缩小至94.5 nm，较传统Q&P工艺细化约40%。

2. **化学梯度强化机制**
Mn元素在铁素体/马氏体界面呈现显著梯度分布（图4f）。EPMA分析显示，铁素体中Mn含量（0.47 wt%）较马氏体（1.83 wt%）低57%，这种化学异质性抑制了界面扩散，稳定了残余奥氏体（RA）体积分数达4.9%，较传统Q&P钢提高约60%。

3. **异质变形诱导强化（HDI）**
通过LUR循环测试发现，FHP处理样品在塑性变形阶段产生高达261 MPa的HDI应力（图10c）。TEM观察显示，界面处形成规则排列的几何必需位错（GNDs），其密度达1.09×101? m?2，较传统Q&P钢增加2.3倍。这种位错排列方式产生叠加应力场，使材料在变形过程中能持续维持高强度。

### 性能突破的微观基础
- **界面强化效应**：通过控制奥氏体再结晶过程（图3f），在亚微米级异质结构中形成高密度GNDs。XRD分析显示，经FHP处理样品的残余奥氏体尺寸为80-120 nm，较传统工艺细化约35%。
- **化学稳定性提升**：采用DICTRA模拟显示，FHP阶段（4秒快速加热+5秒保持）有效抑制Mn元素扩散，相比传统partitioning（60分钟）其界面处Mn浓度梯度降低82%（图8b）。这种化学异质性为RA提供了稳定碳源（C含量0.913 wt%），显著提高RA稳定性。
- **晶界工程优化**：通过IQ阶段促进高角度晶界（HAGBs）形成，FHP阶段使晶界尺寸细化至3.56 μm（图4c）。纳米压痕测试表明，晶界强化贡献率高达45%，结合GNDs强化使屈服强度超越ROM预测值96 MPa。

### 工艺参数优化策略
1. **温度控制**：FHP阶段采用825℃快速加热（200℃/s），该温度既高于临界温度（Ac3=830℃），又低于完全再结晶温度，实现奥氏体选择性回火的精确控制。
2. **时间匹配**：通过热力学模拟确定最佳partitioning时间（5分钟），在保持RA稳定性的同时避免碳化物粗化。
3. **元素配比**：开发0.24C-2.27Mn-0.42Si体系，利用低Si含量（低于1.0 wt%）抑制RA分解为碳化物，同时Mn含量控制在2.2-2.5 wt%区间，实现最佳化学梯度。

### 工程应用价值
该技术突破传统Q&P钢需高碳（>0.3 wt%）和高Mn（>2.5 wt%）的限制，在环保法规趋严背景下具有显著优势。实验数据表明，其强度-塑性乘积（PSE）达到35.8 GPa·%，与高合金Q&P钢（C=0.35 wt%，Mn=3.0 wt%）相当，但成本降低约40%。在汽车轻量化领域，该材料可使车身用钢厚度减少15%同时保持安全性能。

### 与现有技术的对比优势
| 技术指标 | 传统Q&P钢 | 本工艺 |
|------------------|-----------|--------|
| 屈服强度(YS) | 1000-1200 MPa | 1176 MPa |
| 延伸率(TE) | 15-20% | 19.2% |
| 残余奥氏体含量 | 1-2% | 4.9% |
| Mn扩散系数 | >10?? m2/s | <10?? m2/s |
| 异质结构细化度 | 5-8 μm | 3.56 μm |

### 未来研究方向
1. **多尺度结构优化**：研究晶界尺寸（3.56 μm）与位错密度（1.09×101? m?2）的协同强化效应
2. **动态力学响应**：需进一步研究HDI应力与位错滑移的动态耦合机制
3. **环境适应性**：需验证在-40℃低温环境下的性能稳定性

本研究为超强度钢开发提供了新的设计范式，通过化学异质性与结构异质性的协同作用，在传统材料体系外开辟了性能优化新路径。其核心突破在于建立"预处理-临界淬火-快速加热"的三阶段工艺，实现了亚微米级异质结构的精准控制，这为后续开发更高强度（>1200 MPa）同时保持优异塑性的先进高强钢奠定了理论基础。