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2024-07-2872次
細化晶粒是同時提高金屬材料強度和韌性的唯一有效方法，多年來人們關注了細化晶粒本身對強度的影響和貢獻，但是細化晶粒對金屬材料固態相變有什么影響知道甚少。
20 世紀 90 年代，納米材料與納米技術在世界范圍掀起了研究熱潮，納米效應在材料的各個領域都展現出了奇特效應。在固態相變領域，納米效應是不是也會帶來新奇的現象？
這是《超細晶鋼的固態相變與力學性能》作者當時關注的一個問題。這個想法源自一個簡單的推論：鋼中的珠光體是一個常見的組織，由滲碳體和鐵素體層片交替組成，層片間距在 30～450nm，取決于轉變溫度和**速度。如果晶粒尺寸細化到納米量級，一個晶粒內裝不下一層鐵素體與滲碳體，此時還能稱之為珠光體嗎？納米晶鋼鐵材料中還會有珠光體組織和珠光體相變嗎？晶粒細化到納米量級，對鋼鐵材料的固態相變有重要的影響。
在國家自然科學基金項目（高碳板條馬氏體組織與性能研究，50571077；微納米晶高碳鋼中相變新現象及機理研究，50871082；超高碳型軸承鋼及接觸疲勞性能研究，51271137）的支持下，自 2005 年起，作者系統地開展了相關方面的研究工作。
實驗過程中發現，晶粒還沒有細化到納米量級，珠光體相變和馬氏體相變就發生了重大的變化，從此開展了持續十多年的晶粒尺寸在 10μm 以下量級變化的固態相變研究。結果表明，晶粒細化到 10μm 以下量級，鋼鐵材料中所有的固態相變都產生了不同程度的變化，10μm 以下尺度的晶粒是工業化制備材料中可以實現的，更具有實際意義。研究發現，珠光體相變和馬氏體相變存在約 4μm的臨界晶粒尺寸，當奧氏體晶粒尺寸小于該臨界值時，珠光體相變不能以傳統的層片狀結構進行，而是以球狀離異共析方式完成珠光體相變；同樣，對于馬氏體相變，當奧氏體晶粒尺寸小于該臨界值時，高碳馬氏體相變也不能以常規孿晶方式進行，取而代之以位錯亞結構方式進行。由于位錯的滑移特性，硬而脆的高碳馬氏體在室溫下可以塑性變形，這是一個非常重要的發現，以此為基礎開發出了強度大于 2600mpa、延伸率為 7%的超高強度和塑性良好的低合金超級鋼，其強度大幅超過了商業化馬氏體時效鋼最高級別 c350，而成本僅是其 1/100，為超高強度鋼的開發開辟了新思路。
▲1.41% 超高碳鋼淬火組織的 tem 下組織
關于晶粒尺寸對固態相變影響的文獻并不多，原因是超細晶粒在二次熱處理時容易長大，比較難以控制。大部分關于晶粒尺寸效應的研究采用提高加熱溫度來調控晶粒尺寸，尺寸在 20～500μm 變化。本書研究的晶粒尺寸變化范圍為 0.5～10μm，因而觀察到了全新的相變現象。
▲兩種高碳鋼位錯型馬氏體形貌
▲三種軸承鋼材料的晶粒尺寸
本書詳細介紹了細化晶粒對鋼鐵材料固態相變的影響。全書共 10 章，第 1 章是緒論，闡述了鋼鐵材料的重要性并引出了超細晶相變研究的問題；第 2 章主要介紹了超細晶鋼的概念、力學性能和制備方法；第 3 章主要介紹了超細晶對擴散的影響；第 4 章主要介紹了超細晶的顯示方法；第 5～9 章是本書的核心內容，主要介紹了超細晶對鋼鐵材料珠光體相變、馬氏體相變和貝氏體相變的影響，以及對奧氏體分解相變和馬氏體回火相變的影響；第 10 章介紹了超細晶鋼經馬氏體相變和貝氏體相變后的力學性能。
超細晶鋼的固態相變與力學性能
柳永寧 著
北京：科學出版社，2023.1
責任編輯：祝 潔，湯宇晨
內容簡介
是一本關于超細晶鋼固態相變的專著，首先介紹了超細晶的制備方法與顯示技術，在介紹固態相變理論以及與細化晶粒相變相關研究的基礎上，系統地介紹了近年來超細晶鋼在珠光體相變、馬氏體相變、貝氏體相變和回火相變方面的研究成果。最后一章介紹了經超細晶鋼馬氏體相變得到的位錯型高碳馬氏體鋼的力學性能，得到了強度為 2600mpa、延伸率為 7%的超高強度低合金鋼，這是迄今文獻報道的低合金鋼的最高強度。本書可供材料和冶金領域工程技術人員參考，也可作為材料科學與工程、物理和力學專業教師和研究生的參考用書。
目錄速覽
第1章緒論1
參考文獻4
第2章超細晶鋼的概念、力學性能及制備方法5
2.1超細晶鋼的概念5
2.2超細晶鋼的力學性能6
221超細晶鋼的強度6
222超細晶鋼的韌性9
223超細晶鋼的塑性11
23超細晶鋼的制備方法11
231大塑性變形法12
232熱機械處理法20
233熱處理法26
參考文獻30
第3章晶界與晶體結構及**對原子擴散的影響33
31晶界結構33
311小角度晶界33
312大角度晶界35
32晶界及細化晶粒對擴散的影響38
33晶體**和晶體結構對擴散的影響39
331位錯對擴散的影響39
332空位對擴散的影響40
333原子鍵和晶體結構對擴散的影響41
參考文獻42
第4章超細晶晶界顯示技術與方法43
41現代電子顯微技術43
411ebsd技術43
412sem、tem形貌法45
42電化學法45
43氧化法52
參考文獻54
第5章超細晶鋼的珠光體相變55
51珠光體相變的經典理論和組織特點55
52超細晶對典型層片狀珠光體相變的影響59
521高能球磨等離子快速燒結超細晶的珠光體相變59
522控制軋制方法制備超細晶的珠光體相變65
53超細晶對珠光體相變的影響機理73
531超細晶對珠光體相變形核的影響73
532超細晶晶界擴散對層片結構珠光體生長的抑制75
533超細晶對球狀離異共析生長的促進作用76
534合金元素在離異共析中的作用79
54管線鋼及細化晶粒對其組織的影響81
541管線鋼的發展現狀81
542管線鋼的典型組織82
543細化晶粒對管線鋼組織的影響86
參考文獻88
第6章超細晶鋼中的新型析出相90
61管線鋼中島狀組織析出相90
611—種新型碳化物一fe4c390
612其他材料中的fe4c398
62fe4c3的進一步甄別與析出過程105
63fe4c3對力學性能的影響110
參考文獻111
第7章超細晶鋼的馬氏體相變113
71馬氏體相變的必要條件113
72馬氏體相變的主要特征116
721無擴散性相變116
722表面浮凸和慣習面117
723位向關系119
724馬氏體內的亞結構120
725相變的不完整性121
726相變的可逆性121
73馬氏體相變理論122
731馬氏體相變熱力學122
732馬氏體相變的驅動力123
733馬氏體相變晶體學125
734碳的過飽和固溶128
735馬氏體相變形核理論129
736長大過程132
74馬氏體形態、亞結構及影響因素135
741馬氏體形態與亞結構135
742影響馬氏體形態的因素138
743截面法揭示板條馬氏體和片狀馬氏體空間形態140
744馬氏體形態的理論預測144
75馬氏體相變點及其影響因素148
751ms的概念148
752合金元素對ms的影響149
753晶粒尺寸對ms的影響150
754粉體材料顆粒尺寸對ms的影響152
755應力和應變對ms的影響153
76晶粒尺寸對馬氏體亞結構的影響155
761低碳馬氏體形態演化155
762高碳馬氏體亞結構的變化157
763孿晶向位錯轉化機理176
764晶粒尺寸對馬氏體形態的影響182
參考文獻184
第8章超細晶鋼的回火相變188
81常規晶粒馬氏體回火188
82超細晶鋼殘余奧氏體分解190
83超細晶鋼回火碳化物析出191
831超細晶65mn鋼191
832超細晶65cr鋼193
833超細晶55crsi鋼196
834超細晶60si2mn鋼198
參考文獻199
第9章超細晶鋼的貝氏體相變200
91貝氏體常規組織200
911上貝氏體200
912下貝氏體202
913粒狀貝氏體203
914無碳化物貝氏體203
92納米貝氏體204
93晶粒尺寸對貝氏體相變的影響205
931晶粒尺寸對常規貝氏體相變的影響205
932細化晶粒對納米貝氏體相變的影響207
參考文獻212
第10章超細晶鋼相變后的力學性能214
101高碳位錯馬氏體鋼的力學性能214
1011超細晶cr系馬氏體鋼力學性能214
1012mn系超細晶高碳位錯馬氏體鋼的力學性能225
102超高碳鋼的力學性能和接觸疲勞性能231
1021超高碳鋼的力學性能231
1022超高碳鋼作為新型軸承鋼的綜合力學性能233
103馬氏體的脆性246
參考文獻248
想了解更多相關出版信息，可長按識別二維碼聯系本書責任編輯祝潔、湯宇晨
（本期編輯：王芳）
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