目前高模量合金大多采用粉末冶金技术制备，制备成本高、产量低，无法满足汽车用钢的规模化生产需求。 相比之下，液体冶金工艺与现有钢铁生产工艺完全兼容，可以实现高效率、低成本的大规模生产。 而且，液体冶金过程中形成的陶瓷颗粒与基体之间的界面是半共格的，具有较好的界面塑性。 因此高强度钢材的弹性模量，该工艺制备的高模量钢具有较好的延展性。
近日，北京科技大学罗海文教授（通讯作者）等人在Acta上发表题为“of hyper- and hyper- TiB2--steel”的论文，利用这种凝固包晶反应生成金属基复合材料。 材料“原位自生”方法研究了不同体积分数的TiB2颗粒对密度和弹性模量的影响，分析了TiB2增强高模钢中各种颗粒的形成机理和有序性，发现虽然密度随TiB2分数的增加和减少近似线性变化； 但弹性模量仅随着亚共晶成分区域颗粒分数的增加而增加； 但当进一步增加到过共晶区时高强度钢材的弹性模量，弹性模量并没有像预期那样继续增加，而是几乎不再发生变化（图1）。 结构观察发现，当大量TiB2形成时，其密度明显低于钢水，根据定律导致较大颗粒更容易上浮，并在熔池上部聚集成粗聚合物（图 2）。 在这些颗粒聚集的区域，很容易发生局部塑性变形，从而导致材料整体弹性模量的下降。 这一发现对于通过液态冶金生产高模量钢具有以下意义。 首先，快速凝固是非常重要的，也是必要的前提，因为陶瓷颗粒的漂浮是不可避免的，必须尽可能缩短凝固时间，以抑制漂浮和聚集； 另外，对于含有过共晶成分的高模量钢，不仅生产难度大，而且弹性差。 模量不一定会相应增加，因此不是合适的研发和生产目标。
图1.所研究的高模量钢的弹性模量和密度的计算值和测量值以及与文献结果的比较
图 2. 亚共晶合金 C2 (ac) 和过共晶合金 C4 (df) 中“X”（上）、“Y”（中）和“Z”（下）位置的 TiB2 颗粒的 SEM 图像。
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