高强钢疲劳强度研究获进展

日期： 2025-03-18

浏览次数: 508

来源：中国科学院金属研究所

提高金属材料疲劳强度是工程构件安全服役的重要保障。作为目前已知疲劳强度最高的金属结构材料，高强钢的拉伸强度已突破3GPa，但其拉-压疲劳强度未能突破1GPa瓶颈。

中国科学院金属研究所研究员张哲峰团队与中国科学院院士李殿中团队合作，在GCr15轴承钢疲劳开裂模型与性能优化研究方面取得进展。该研究建立了夹杂物-强韧性协同调控理论，并采用稀土改性技术，将轴承钢的拉-拉疲劳强度、拉-压疲劳强度提升至新水平。

该研究分析了GCr15轴承钢中TiN和Al2O3两类夹杂物的疲劳开裂行为和疲劳寿命，揭示了两类夹杂物类型对疲劳寿命影响的本质在于它们的应力集中效应不同。定量模拟分析发现，在相同尺寸条件下，Al2O3夹杂物的疲劳寿命损伤系数较TiN高约30%。这为高强钢冶炼过程中氮元素和氧元素的精准控制提供了理论依据。

针对高强度状态下夹杂物开裂导致疲劳强度下降难题，该研究提出了疲劳开裂临界夹杂物尺寸判据，建立了高强钢疲劳开裂时抗拉强度、断裂韧性与夹杂物尺寸之间定量关系，实现了在给定夹杂物参数条件下高强钢强韧性能协同优化抗疲劳的目标，为高强钢疲劳强度优化设计与制造提供了新的理论判据。

进一步，该研究对GCr15轴承钢进行稀土添加改性，降低了夹杂物尺寸，提升了夹杂物在疲劳载荷下的变形能力，形成了可剪切变形的夹杂物-基体界面，从而降低了夹杂物引起的应力集中程度。在夹杂物控制基础上，研究结合疲劳强度优化判据，将其热处理调至最优状态，获得了拉-拉疲劳强度1600MPa，拉-压疲劳强度1103MPa的抗疲劳高强钢，分别比现有拉-拉疲劳强度和拉-压疲劳强度世界纪录提高4%和10%。

该研究建立了夹杂物控制-强韧性能匹配-缺陷界面优化的系统性抗疲劳理论框架，为航空航天、轨道交通等领域的高端轴承材料研发提供了新技术路线。

近期，相关研究成果分别发表在《材料学报》（Acta Materialia）和《材料科学与技术杂志》（Journal of Materials Science & Technology）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项的支持。

上一篇：市稀土协会接待中国有色金属工业协会稀土分会来沪座谈交流活动下一篇：非常规超导转变温度的可能上限上海市稀土协会 20

Hot News / 相关推荐

低成本镧镍锰氧化物光电探测器，采用多层多伦比金属和 CuI 传输层，适用于环保应用

2026 - 10 - 22

点击次数: 2

来源：X-MOL本文提出了一种环境无害的无铅双钙钛矿光电探测器，其构型为 FTO/PCBM/La2NiMnO6/CuI/碳。拟议设计配置已通过 SCAPS-1D 进行数值分析，通过优化吸收层厚度、受体掺杂、缺陷密度和界面质量，开发出高性能光电探测器。LNMO（鑭镍锰氧化物）作为吸收剂，在可见光近红外区域具有超过 100,000 cm-1 的高吸收系数，并且与 PCBM（苯基 C6...

可控合成及增强的光致变色性能：掺铒WO3纳米神经网络状结构

2026 - 10 - 21

点击次数: 16

来源：X-MOL三氧化钨（WO3）是一种众所周知的光致变色材料，在光照下会发生可逆的颜色变化，使其在智能窗、光存储和传感设备等领域具有广阔的应用前景。本研究通过调控水热反应温度和盐酸浓度，成功合成了一种形貌均匀且可控的WO3神经网络状结构。此外，本研究系统地考察了所制备WO3颗粒的光致变色响应时间，并筛选出响应速度最快的最佳样品。为了显著提升光致变色性能，本研究引入了稀土元素铒（Er）作为掺杂剂。...

Er掺杂BiOCl纳米片通过协同光催化记忆效应和Er掺杂实现优异的CO₂转化性能

2026 - 10 - 21

点击次数: 15

来源：X-MOL为了寻找高效的二氧化碳还原光催化剂，稀土元素掺杂因其独特的电子结构和能级而备受关注，这些特性能够显著提高光吸收和电荷转移效率。本研究采用表面活性剂辅助水热法合成了铒掺杂的二维超薄BiOCl纳米片。铒掺杂不仅抑制了光生载流子的复合，而且进一步增强了BiOCl纳米片的光催化记忆效应。铒掺杂与预先可见光照射诱导的光催化记忆效应的协同作用，极大地调控了BiOCl纳米片的内部电子态。实验和密...

在 N 掺杂碳中工程 Co0–CoOx 界面位点，实现甲醇高效氧化碳酰化为二甲基碳酸酯

2026 - 10 - 20

点击次数: 34

来源：X-MOL追求甲醇氧化羴基化为二甲基碳酸酯（DMC）高效催化剂的努力受限于在传统单基点/混合位点同时激活 CO 和甲醇的动力学挑战。本研究通过对双金属锌/铒-ZIF 进行热解，演示 0 了 Co–CoO x 界面工程策略，以构建 Co@NC 催化剂。系统调节锌/辅导比和热解温度控制纳米颗粒尺寸和氧化态，产生最佳催化剂 Co@NC-4，表现出高 DMC 时空产率（5.9 g DMC g cat...