高锰钢是典型的高延展性先进高强钢，在汽车制造和低温容器领域具有重要应用前景。高锰钢的优异延展性来源于多种变形机制的激活，包括位错滑移、变形孪生和ε-马氏体相变，其中ε-马氏体相变对加工硬化率和均匀塑性的提升最为显著。但ε-马氏体具有密排六方结构，通常被认为是脆性相而导致韧性下降。这一结论主要由单轴拉伸测试结果所得，涉及较低的应力三轴度和变形约束。然而，对于预存裂纹试件，裂纹尖端的高应力三轴度和应力集中会显著改变材料塑性变形与断裂的竞争，甚至会改变材料的损伤断裂机制。不同的力学测试方法会导致不同的断裂性能评估结果。而关于ε-马氏体对高锰钢断裂韧性的影响亟需系统评估，以期为高锰钢的强度-塑性-韧性全面优化提供指导。

针对这一重要问题，南京工业大学范国华团队与比利时天主教鲁汶大学的学者合作，结合基本断裂功（Essential Work of Fracture）方法和精细结构表征研究了ε-马氏体对高锰钢薄板断裂韧性的影响。韧性薄板在接近平面应力状态下失效。薄板材料的裂纹扩展涉及两种能量耗散过程，包括损伤累积的本征断裂功和裂纹尖端缩颈功。但是问题在于，ε-马氏体相变如何影响这两项能量耗散？新近研究结果表明，对基本断裂功的厚度相关性分析可以分离损伤累积与裂尖缩颈的能量耗散。基于这一方法，研究人员意外地发现ε-马氏体相变会提高薄板材料在损伤过程的本征断裂功，但也会降低裂纹尖端缩颈功。ε-马氏体相变提高本征断裂功的原因在于，这一微观过程提高了材料强度但不减小孔洞间距，而且ε-马氏体能够与奥氏体基体发生显著塑性共变形。因此，ε-马氏体相变对高锰钢薄板断裂韧性的影响不是单调的，在较大厚度时导致更低的断裂抗力，而在更薄厚度时材料反而具有更大的断裂韧性。本研究的结果可为高锰钢及相关材料的断裂性能评估与组织调控提供关键依据。

这一研究成果以“Impact of ε-martensite on the fracture resistance of high-Mn steels”为题在材料领域顶级期刊Materials Research Letters上发表。范国华教授团队的赖庆全教授与比利时天主教鲁汶大学的Thomas Pardoen教授分别作为论文通讯作者。研究工作得到了国家科技部重点研发计划项目课题“基于跨尺度表征技术的金属结构材料微结构演化机理研究（2023YFB3712703）”的支持。