高強鋼是使用最多的汽車輕量化材料，全球各大鋼鐵公司近幾年相繼成功開發第三代先進高強鋼，在保持鋼材高成型性的同時提高了強度，第三代先進高強鋼可更加有效減薄車身鋼板，實現進一步汽車輕量化。在先進高強鋼的相關報道中，殘餘奧氏體逐漸轉變為馬氏體的過程通常會引起顯著的加工硬化行為，從而同時提升材料的強度和塑性，這一現象被稱作“相變誘導塑性（TRIP）效應”。最近，研究人員發現了非常獨特的反常TRIP效應，即馬氏體相變並沒有改善，甚至惡化了高強鋼的加工硬化行為。
研究人員在1500MPa級淬火配分（Q&P）鋼的高應變速率（1000 s-1）拉伸過程（圖1）中發現，即使大量殘餘奧氏體在應變量為0.04前轉變為馬氏體（圖2），材料也沒有表現出明顯的加工硬化現象。通過將Q&P 1500鋼樣品動態加載到不同的應變量（圖2a），研究人員得到了材料在高速變形過程中的微觀組織演化規律，並且特別對小應變階段的各組成相進行了細緻的表徵。
研究人員提出，造成反常TRIP效應的主要原因在於高應變速率下“類複合材料”變形行為（軟相基體馬氏體發生塑性變形，硬相新鮮馬氏體發生彈性變形）的缺失。“類複合材料”變形行為常見於雙相鋼中，軟相（塑性變形）和硬相（彈性變形）的不協調變形在軟相中會引入幾何必需位錯（GND）並提高材料的加工硬化率。而在本文中，隨著應變速率提高到1000 s-1，Q&P 1500鋼中的基體馬氏體和新鮮馬氏體在應變量為0.04前都發生了塑性變形，導致“類複合材料”變形行為不復存在，材料的加工硬化也因此受到抑制。
圖1. 準靜態（0.001 s-1）以及高應變速率（1000 s-1）條件下的真應力應變拉伸曲線（a）和相應的加工硬化率曲線（b）。
圖2. （a）1000 s-1應變速率下中斷拉伸實驗的真應力應變曲線；（b）殘餘奧氏體體積分數的演化。
研究人員對準靜態和高應變速率下應變量為0.04的樣品進行了透射電子背散射衍射（t-EBSD）（圖3），根據菊池帶襯度的明亮程度識別出新鮮馬氏體，並在透射電子顯微鏡（TEM）下對同一區域進行了觀測（圖4和圖5）。研究人員發現高應變速率下新鮮馬氏體發生了塑性變形，原因如下：一方面，準靜態下新鮮馬氏體和鄰近的奧氏體仍保持K-S位向關係（圖4b），但高應變速率下K-S位向關係經觀察已遭破壞；另一方面，高應變速率下新鮮馬氏體的位錯密度（圖5b）明顯高於準靜態下的位錯密度（圖4c）。
圖3. 0.001 s-1（a-b）和1000s-1（c-d）的應變速率下應變量為0.04的樣品的菊池帶襯度（Band contrast）分佈圖與奧氏體反極圖（IPF）的疊加圖以及由能量色散X射線（EDX）光譜分析得到的Mn元素分佈圖。虛線框內為新鮮馬氏體。
圖4. （a）圖3a（0.001 s-1）的透射電子顯微鏡（TEM）圖像；（b）表明（a）中的馬氏體（α’）和奧氏體（ϒ）具有K-S位向關係的選區電子衍射花樣（SADP）；（c）新鮮馬氏體中的位錯；（d）基體馬氏體中的位錯。
圖5. （a）圖3c（1000 s-1）的透射電子顯微鏡（TEM）圖像以及基體馬氏體（a-1）和新鮮馬氏體（a-2）的SADP；（b）新鮮馬氏體中的位錯；（c）基體馬氏體中的位錯。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645420301476
Wang,M., Huang, M.X.*, Abnormal TRIP effecton the work hardening behavior of a quenching and partitioning steel at highstrain rate (2020), Acta Materialia, 188, pp551-559
該研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、香港研究資助局、廣州市科技計劃項目支持。實驗所使用的QP1500鋼鐵材料由鞍鋼集團提供。
黃明欣教授主要從事物理冶金及汽車輕量化超高強鋼的研究工作，擔任國家重點研發計劃、國家自然科學基金汽車聯合基金重點項目、香港影響基金、香港協作研究基金等項目負責人，並與鞍鋼、寶鋼、美國通用汽車、法國安賽樂米塔爾集團等企業緊密合作。發表包括SCI 期刊論文 100 餘篇。
2017 年以港大為第一單位和共同通訊作者在SCIENCE 發表的“D&P”超級高強鋼引起國內外鋼鐵界廣泛關注。擔任7本SCI期刊的編輯或編委，中國金屬學會材料分會理事；中國機械工程學會材料分會理事、中國材料學會青年工作委員會理事；中國機械工程學會熱處理學會青年工作委員會理事；獲2018香港大學傑出青年學者獎、2018香港大學優秀研究成果獎、2017 年中國科技新銳人物、2015、2016、2017、2019 ACTA/Scripta Materialia雜誌年度最佳審稿人，2019年當選香港青年科學院院士。黃明欣教授實驗室的網頁地址：http://web.hku.hk/~mxhuang，歡迎報考港大黃明欣教授的博士生及博士後。
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