马氏体相变切变机制的实验和理论研究——评刘宗昌等的马氏体相变非切变机制

刘宗昌等学者近几年相继在国内杂志发表了有关马氏体相变非切变机制的论文,并将这些论文作为他们2012年出版的《马氏体相变》一书中的主要创新内容予以强调。他们否定已被国际公认的马氏体相变切变机制的主要依据有两条:1)马氏体相变切变机制缺乏实验基础,即缺乏现代实验技术,如透射电镜(TEM),原子力显微镜(AFM)的实验证明;2)根据他们的计算,马氏体切变能太大,相变驱动力无法克服切变能。本文作者首先结合马氏体晶体学表象理论(PTMC)给出论证马氏体相变切变机制的TEM和AFM实验;随后介绍徐祖耀提出的计算马氏体相变切变能的方法;最后评论刘宗昌等的论断和切变能的计算方法。

马氏体相变的切变机制

1)K-S切变模型.1.4%C钢中奥氏体与马氏体之间的位向关系为{111}A//{011}M,<110>A//<111>M,此称为K-S关系。根据K-S关系,新旧相的密排原子面相互平行,可以认为相变时,母相的{111},面将转变为新相的{011}a面。

粘结相Co的切变机制及微观结构的研究

本文以工业纯钴粉、钴基合金、硬质合金作为研究对象,分别运用X射线衍射、金相、扫面电镜能谱、EBSD等分析技术,并结合晶体学的相关知识研究了钴的基本特性、微观结构及其切变机制。通过研磨工业纯钴粉,比较分析研磨前后X射线衍射分析结果,定性描述了钴粉的α-Co向ε-Co的转变过程;实验制备了不同固溶W含量的Co基合金,并对合金金相组织及相结构进行了分析;对淬火后的WC-10%Co硬质合金,研究了在不同回火温度、时间工艺参数条件下合金粘结相Co的微观组织结构变化规律及其主要影响因素;通过离子束抛光制样,运用背散射电子衍射(EBSD)技术研究了WC-20%Co硬质合金中的α-Co与ε-Co形貌特征及其分布状态。实验结果表明:α-Co结构的稳定性较差,α-Co向ε-Co的转变的相变驱动力仅几J/mol;固溶W含量对钴基合金中晶粒的孪晶组织有重要的影响,Co基合金中固溶的W含量越多其孪晶组织越少,且α-Co含量越多;硬质合金淬火后回火实验说明硬质合金粘结相Co的ε马氏体相变过程既可在较高温度、短时间内形成变温马氏体ε-Co,也可在较低温度、长时间下形成恒温马氏体ε-Co,合金内部组织内应力的释放会引起α-Co向ε-Co的转变;EBSD分析发现硬质合金中粘结相大部分是以α-Co结构存在,ε-Co呈条带状,厚度在2μm以下,长度在6μm左右,主要分布在粘结相与WC相的界面处或较厚钴层的中间部位。文中重点论述了硬质合金ε-Co马氏体的基本特征及其切变机制。

马氏体相变切变机制的实验验证——兼评刘宗昌教授马氏体相变的非切变机制

马氏体相变是无扩散的位移型相变,对于一个给定的材料,由切变产生的表面浮突是马氏体相变的主要特征之一,它对应唯一的切变角。因此,通过实验确定的切变角与马氏体晶体学表象理论(PTMC)预测的理论切变角进行对比,可以验证马氏体相变的切变机制。本文列举了几个例子来验证马氏体相变的切变机制。在这些例子中,首先原子力显微镜被用于精确测定马氏体相变的浮突角,然后基于表面浮突角计算出相变切变角,最后将计算的相变切变角与PTMC预测的理论切变角进行比较,由此验证马氏体相变切变机制的正确性。本文所举例子足以否定刘宗昌教授的马氏体相变切变机制缺乏实验依据的观点和马氏体相变非切变机制的结论。

马氏体相变切变机制的现代试验验证和切变能的计算——再评“马氏体相变的非切变机制”

遴选了马氏体相变切变机制的现代试验结果,证明马氏体相变切变机制的正确性。在诸多有色合金中马氏体相变产生的切变能相对相变驱动力而言较大,但母相弹性常数的测定表明,马氏体相变时母相的弹性常数在特定方向将产生软化(对应切变方向),由此可有效地降低马氏体相变的切变能,从而得以使马氏体相变以切变形核。透射电镜的观察表明,层错迹线被单变体马氏体切过后将变成折线,并且试验测定的切变角与理论切变角很好地符合。透射电镜高分辨像揭示了马氏体/奥氏体界面处存在过渡区。这些区域的原子约从fcc奥氏体(111)面上的位置切变位移了50%,这是不同于扩散型相变的贝氏体/奥氏体界面。随后介绍了徐祖耀计算Fe-C合金马氏体相变切变能的方法。最后,指出了"马氏体相变非切变机制"理论提出者刘宗昌等由于对前人工作缺乏深入了解,在错误的物理概念基础上来计算马氏体相变切变能,导致错误结论。

关于马氏体相变机制的研究

对马氏体相变理论的研究情况进行了概括而粗浅的评价,指出,马氏体相变的切变机制并不成熟,存在认识上的误区。应开展新的关于马氏体转变机制的研究,开创马氏体相变理论研究的新局面。

准下贝氏体的孪晶及形成机制

透射电镜实验证实在含硅钢准下贝氏体组织中存在挛晶亚结构，贝氏体中脊亦存在孪晶.中脊与残余奥氏体（Ar）李晶是贝氏体铁素体切变共格长大时协调均匀切变形成的形变孪晶贝氏体铁素体（BF）板条内孪晶主要是其横向侧面切变增厚时残余奥氏体的遗传李晶，且孪晶面与界面台阶有对应关系．

南京机场20130625低空风切变天气过程分析

2013年6月在南京机场发生了一起多机组报告遭遇风切变并采取中断起飞或进近操作的天气过程。此次过程使得多架次飞机采取中止进近或紧急避让,对飞行安全造成较严重影响;而因为风切变的隐蔽性和突发性,气象服务在当天未能提前做出预报。本文通过对过程中观测资料、机场当地的雷达及其反演产品以及物理量场的资料总结,从低层理查森数计算结果发现本次过程中低空的风切变情况与地面观测上一次简单的风向切变不同,中低空切变线过境的低层切变线辐合引发的机场进近区域低空强烈湍流,使低空飞行即将降落的航空器产生强烈颠簸,从而操作困难。中低层的切变线过境时可以激发持续较长时间近地面低空风切变,此种类型的低空风切变的开始和结束时间与中低空切变线的移动情况相关。在探讨此次风切变机制时,发现地面观测资料多要素的转折性变化、多普勒雷达产品和WAFS(Weather Areo Forecast System)数值预报产品的再分析资料对风切变预报有一定的参考作用,可以帮助预报员做出判断,从而保障飞行安全。

贝氏体相变理论新进展及学术分歧

介绍了贝氏体相变领域切变和扩散控制台阶长大理论的核心内容；论述了贝氏体相变理论领域的主要研究成果及争论焦点：涉及贝氏体定义、转变不完全性、溶质拖曳及类拖曳效应、表面浮突的形态、特征及本质、相变产物的晶体学、贝氏体铁素体初始碳含量、贝氏体“中脊”、下贝氏体碳化物来源及形成模型等．

准贝氏体界面错配位错的TEM观察

运用透射电镜证明含Si钢准上贝氏体和准下贝氏体中铁素体／残余奥氏体的界面错配位锗是混合型位错，使得界面能沿其法线方向作滑移运动，表明贝氏体可以切变形成。

准上贝氏体 BF/A_R 界面错配位错的 TEM 观察

运用透射电镜研究了含Ｓｉ钢准上贝氏体中贝氏体铁素体（ＢＦ）／残余奥氏体（ＡＲ）的界面错配位错，发现是混合型位错，使得界面能沿其法线方向作滑移运动，表明贝氏体可以切变形成。

毫秒脉冲激光辐照炭黑颗粒悬浮液制备纳米金刚石

采用较低功率密度（10^6W／cm^2左右）的Nd：YAG毫秒脉冲（脉宽0．2～20ms）激光辐照循环溶液中的经球磨的炭黑颗粒悬浮液，成功地合成出了尺寸在5nm左右的纳米金刚石，且粒度分布均匀，利用透射电镜对提纯前和提纯后的产物进行了分析，发现产物中同时存在纳米碳洋葱、石墨颗粒和金刚石颗粒。推测可能的相变机理是激光束辐照炭黑，因为激光束内能量分布不均匀，导致部分炭黑温度升高较小．颗粒经历低温退火作用后少量炭黑无序组织发生石墨化转变，体积收缩形成纳米碳洋葱。温度升高较大的炭黑组织大量发生石墨化转变，后续的能量导致石墨化组织再通过固-固切变机制转化为金刚石结构。

马氏体相变研究的最新进展(六)

5 马氏体相变的切变机制及其误区1924年Bain提出了马氏体相变机制的第一个模型,为压缩应变模型.1930年提出第1个切变模型,在以后的40余年中提出了一系列切变模型,由于每个模型均难以与实际符合,不断修改或“完善”,到70年代共提出了8个晶体学切变模型.但最终所有的切变模型均与实际不符.马氏体相变的形核长大、马氏体形貌、缠结位错、精细孪晶、微细层错、位向关系、表面浮凸等试验现象均不能用切变机制作出明晰而合理的解释.晶格切变耗能太大,相变驱动力无力克服切变应变能.马氏体相变的切变学说无论实践检验还是理论检验都是不合格的,因此马氏体相变的切变“理论”尚不能称为理论,而是不完整、不成熟的学说.

钢中贝氏体相变的论争及前景

简单地阐述了钢中贝氏体相变理论研究的2个学派学术论争的情况,并对某些观点应用自然辨证法的哲学理论进行了分析和纠正 指出 ,珠光体分解与贝氏体相变有着本质的区别 ,贝氏体组织是整合系统 ,不是混合物 应当把“过冷奥氏体→珠光体、贝氏体、马氏体”转变系列作为一个整合系统来研究 贝氏体相变是属于扩散型和切变型相变之间的中间过渡型相变的总体认识 ,是统一认识的基本条件

合金设计对贝氏体相变动力学影响的建模研究

采用基于形核控制机制的贝氏体等温相变动力学模型研究了合金设计对贝氏体相变动力学的影响.针对两种贝氏体高强钢,采用热膨胀仪在425~350℃开展了等温贝氏体相变实验,观察到了不同程度的贝氏体不完全相变现象.基于形核控制机制,采用切变型相变动力学模型对两种实验钢的贝氏体等温相变行为进行了建模研究,模型中同时考虑了晶界形核和自催化形核.最后,对比分析了两种实验钢中形核激活能、未转变奥氏体体积分数以及形核速率等的差异,为贝氏体高强钢的成分设计及工艺创新提供理论指导.

马氏体晶核的长大

马氏体晶核的长大是原子无扩散的、集体协同的跃迁机制。所谓集体是指包括碳原子在内的所有原子,即碳原子、铁原子、替换原子;所谓协同是指所有原子协作性地同时移动。这一机制是贝氏体相变非协同热激活跃迁机制的进一步演化。贝氏体相变时,碳原子是扩散位移,铁原子是非协同热激活跃迁位移。这一机制也不同于切变位移,切变机制存在 1~2次切变角为0的晶体切变。

评刘宗昌等《贝氏体铁素体的形核》一文

刘文中,关于贝氏体形成机制,包括形核过程的文献很少被引述。作者(刘等)的主要论点为贝氏体铁素体以无扩散、非切变机制在奥氏体内贫碳区形核,并未引述形成贫碳区的必要条件。本文作者强调,在钢及铜合金中,不可能由Spinodal分解和位错偏聚形成贫溶质区。刘等的理念未得到先进理论观点和精细实验结果的支持。在刘文中,据此对临界核心大小和形核能的计算并无显著意义,期望青年学者对贝氏体相变机制作进一步研究。

《柯俊传》

柯俊院士，是国际著名金属物理学家、科学技术史学家和高等工程教育家，有着传奇般的经历。在“一二·九”运动时，他是天津“一二·一八”大示威的重要组织者之一。抗日战争时期，他穿梭于越南、缅甸、印度密林群山之中，担任物资运输队长。留学英国期间，他在钢中首次发现贝茵体切变机制，是贝茵体相变切变理论的创始人，被国际同行称为“贝茵体先生”。新中国成立后，他创办了国内首个金属物理专业和冶金物理化学专业教研室，是中国金属物理学科的奠基人。“文革”后期，他将现代实验方法引入冶金考古研究，是中国定量冶金考古研究的开创者。他带领的研究团队，利用现代科学技术与仪器手段，研究了数千件金属文物与冶金遗物，对我国古代冶金史进行了时间、地理、技术上的综合分析与探讨。上世纪90年代初，他积极推动了国家高等工程教育改革，是工程教育改革的先行者和领航员。