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夜色渐深,实验室里只剩下林荞的工位还亮着灯。她面前摊开着首次实验的完整数据记录、断裂试样的断口照片,以及那本密密麻麻的稀土资料笔记,指尖在“镧元素过量导致碳化物聚集”的标注上反复摩挲。首次实验的失败像一记警钟,让她明白单一稀土元素的添加,终究难以平衡硬度与韧性这对核心矛盾——农机零件既要抵御耕作时的磨损,又要承受土壤中的冲击载荷,缺了哪一样都无法投入实际应用。

“既然单一元素不行,那复合添加会不会有协同效应?”林荞脑海里突然闪过这个念头。她立刻翻到稀土资料中关于铈元素的部分,笔记上清晰记录着:铈(ce)不仅能细化晶粒,还能与合金中的氧、硫形成稳定化合物,减少杂质对晶界的侵蚀,且脆性倾向远低于镧(La)。如果将镧和铈按一定比例复合添加,或许能在保留镧提升硬度优势的同时,用铈的特性弥补韧性不足的短板。

这个想法让林荞瞬间振奋起来,她立刻拿出草稿纸,开始推演两种元素的配比逻辑。首先要降低单一稀土的添加量,避免碳化物过度聚集——她计划将镧的添加量从0.6%降至0.2%,再引入0.3%的铈,总稀土添加量控制在0.5%以内,既保证成本可控,又能发挥协同作用。其次,基础合金的碳含量也需要调整,从0.8%降至0.6%,减少与稀土结合形成过量碳化物的风险;同时保留14%的铬含量,维持基础耐磨性能;额外添加2%的镍元素,利用镍的固溶强化作用进一步改善韧性。

“Fe-0.6c-14cr-2Ni-0.2La-0.3ce”,一组全新的成分方案跃然纸上。林荞盯着这串化学式,心里既兴奋又谨慎——复合添加的协同效应是理论推导,实际效果如何,还需要科学验证。她立刻打开电脑,检索“镧铈复合添加对铁基合金性能的影响”相关文献,果然找到了几篇支持这一思路的研究:镧的细化晶粒作用与铈的净化晶界作用相结合,能使合金的硬度和韧性同步提升,且最佳配比区间与她推导的大致吻合。

但新的疑问又冒了出来:两种稀土元素的添加顺序会不会影响效果?高温熔炼时,它们与其他元素的反应优先级如何?这些细节在文献中并未详细提及,一旦出错,很可能重蹈覆辙。林荞想起化学系的张教授是冶金热力学领域的专家,或许能从理论上验证方案的可行性。

第二天一早,林荞带着新设计的实验方案、首次实验的数据报告,以及整理好的稀土元素反应机理资料,专程前往化学系请教张教授。张教授接过她的资料,仔细翻阅着,时不时点头,眼里露出赞许的神色。

“你的思路很有针对性,复合添加确实是平衡硬度与韧性的有效途径。”张教授指着方案中的成分比例,“镧和铈的原子半径相近,都能进入铁的晶格形成固溶体,且铈的氧亲和力更强,能优先去除杂质,为镧的细化作用创造更好的条件。0.2:0.3的配比的很合理,既不会因单一元素过量导致脆性,又能发挥协同效应。”

他顿了顿,补充道:“不过有两个细节需要注意:一是稀土元素的添加时机,建议在熔炼后期、钢水温度降至1400c时加入,避免高温下过度烧损;二是需要控制钢水的脱氧程度,氧含量过高会消耗大量稀土,影响预期效果。你可以在熔炼过程中加入少量硅锰合金脱氧,确保氧含量低于0.005%。”

林荞认真地记录着张教授的建议,不放过任何一个细节:“谢谢张教授!那两种稀土元素是同时添加,还是有先后顺序?”

“可以同时添加,它们与其他元素的反应不存在明显的优先级冲突。”张教授笑着说道,“你这个方案逻辑清晰,数据支撑充分,可行性很高。年轻人有这样的科研敏感度和严谨性,很难得。”

得到张教授的肯定,林荞心里更有底了。她回到实验室,立刻着手完善实验方案。她重新设计了实验流程,将整个过程分为原料预处理、高温熔炼、浇铸冷却、样品制备、性能测试五个阶段,每个阶段都制定了详细的参数标准:原料预处理时,所有金属锭都要打磨去除表面氧化皮,确保纯度;高温熔炼时,先将铁、碳、铬、镍等基础元素加入炉中,升温至1500c熔化后,加入硅锰合金脱氧,保温30分钟,再降温至1400c加入预先称量好的镧、铈稀土块,搅拌均匀后保温20分钟再浇铸;样品制备时,严格按照国家标准加工成硬度测试试样和冲击测试试样,确保尺寸精度。

为了保证实验的准确性,林荞还特意增加了平行实验——每组成分方案制备3个硬度试样和5个冲击试样,测试结果取平均值,减少偶然误差。她将这些细节一一写入实验方案,用不同颜色的笔标注出关键控制点,一份详尽、严谨的新方案终于成型。

下午,林荞拿着新方案来到周教授的办公室汇报。周教授仔细审阅着方案,从成分设计到实验流程,从参数控制到数据处理,每一个细节都不放过。他时而点头,时而提出疑问,林荞都一一认真解答,结合张教授的建议和文献资料,详细阐述方案的合理性和可行性。

“很好,这个方案比第一次成熟多了。”周教授放下方案,脸上露出了欣慰的笑容,“你能从失败中快速总结经验,提出复合添加的新思路,还主动请教专家验证可行性,这种科研态度非常可贵。方案的细节考虑得很周全,参数设计也科学合理,我支持你按新方案继续实验。”

他顿了顿,补充道:“实验过程中如果遇到问题,随时可以找我,也可以和团队成员多沟通。科研不是单打独斗,团队的力量很重要。”

“谢谢周教授!我一定会认真做好实验,争取拿出理想的结果。”林荞郑重地说道,心里充满了信心和动力。

回到实验室,林荞把新方案分享给团队成员。李薇学姐看着方案,眼里满是认可:“这个方案考虑得太细致了,复合添加的思路很巧妙,还请教了化学系的教授,可行性很高。”

赵磊也凑了过来,仔细翻阅着方案,脸上没有了之前的嘲讽,取而代之的是一丝认真:“稀土添加时机和脱氧控制这两个细节,确实是之前没考虑到的,这样调整后,实验成功率会高很多。”

看着团队成员的认可,林荞心里暖暖的。她知道,这次的方案之所以能如此完善,离不开自己的反复推敲,更离不开张教授的指导和周教授的支持。接下来,她要做的就是全力以赴,按照新方案认真完成实验,用数据证明自己的思路是正确的。

晚上回到宿舍,林荞把调整实验方案的事情告诉了室友们。“林荞,你太厉害了!能从失败中快速调整思路,还请教了专家,我们相信你这次一定能成功!”夏萌兴奋地说道。

“是啊,林荞,你的方案这么严谨,细节考虑得这么周全,肯定能得到理想的结果。”苏婉说道。

“我们能帮你做些什么?比如准备实验器材、整理数据之类的,你尽管说。”陈雪说道。

看着室友们真诚的支持,林荞心里充满了感激:“谢谢你们!实验器材和数据整理我自己能搞定,你们要是有空,帮我再查找一些复合稀土添加的最新研究,我想再完善一下方案。”

“没问题!包在我们身上!”三人异口同声地说道。

林荞坐在书桌前,拿出沈砚舟送的钢笔,在实验记录本上写下新的成分方案和实验目标:“Fe-0.6c-14cr-2Ni-0.2La-0.3ce,目标硬度≥260hb,冲击吸收功≥40J。”她相信,只要自己严格按照方案执行,认真做好每一个细节,就一定能攻克硬度与韧性的平衡难题,为低成本耐磨合金的研发迈出关键一步。而这段从失败中汲取经验、不断调整完善的经历,也让她更加明白,科研之路没有捷径,唯有严谨、执着、不断探索,才能最终走向成功。