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超細晶鋼的固態(tài)相變與力學性能 版權(quán)信息
- ISBN：9787030731456
- 條形碼：9787030731456 ; 978-7-03-073145-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
超細晶鋼的固態(tài)相變與力學性能 內(nèi)容簡介
細化晶粒是結(jié)構(gòu)材料提高強度和韌性的一個非常重要的方法，多年來人們關(guān)注了細化晶粒本身對強度的影響和貢獻，但是細化晶粒對材料固態(tài)相變有什么影響還缺乏系統(tǒng)的研究。本書的作者開展了細化晶粒對鋼鐵材料的珠光體相變、馬氏體相變和貝氏體相變影響的研究，通過十多年的持續(xù)工作，獲得了許多重要的研究結(jié)果。發(fā)現(xiàn)珠光體、馬氏體相變都存在臨界晶粒尺寸，當晶粒尺寸小于該臨界值，珠光體相變不能得到以傳統(tǒng)的層片狀組織，而是球狀離異共析組織；高碳馬氏體亞結(jié)構(gòu)由常規(guī)晶粒的孿晶亞轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e亞結(jié)構(gòu)，這是非常重要的發(fā)現(xiàn)，以此發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)開發(fā)出了強度大于2600MPa，延伸率7%的超高強度高韌性低合金鋼，其強度超過商業(yè)化馬氏體時效鋼優(yōu)選別200MPa，成本僅是其1/50。該發(fā)現(xiàn)為超強度鋼的開發(fā)開辟了新思路。
超細晶鋼的固態(tài)相變與力學性能 目錄
目錄
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(jié)構(gòu)及缺陷對原子擴散的影響 33
31 晶界結(jié)構(gòu) 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 晶體缺陷和晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對擴散的影響 41
參考文獻 42
第4章 超細晶晶界顯示技術(shù)與方法 43
41 現(xiàn)代電子顯微技術(shù) 43
411 EBSD技術(shù) 43
412 SEM、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(jīng)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(jié)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(jié)構(gòu)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(fā)展現(xiàn)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Fe4C3 90
612 其他材料中的Fe4C3 98
62 Fe4C3的進一步甄別與析出過程 105
63 Fe4C3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(guān)系 119
724 馬氏體內(nèi)的亞結(jié)構(gòu) 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(qū)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(tài)、亞結(jié)構(gòu)及影響因素 135
741 馬氏體形態(tài)與亞結(jié)構(gòu) 135
742 影響馬氏體形態(tài)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(tài) 140
744 馬氏體形態(tài)的理論預測 144
75 馬氏體相變點及其影響因素 148
751 Ms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(jié)構(gòu)的影響 155
761 低碳馬氏體形態(tài)演化 155
762 高碳馬氏體亞結(jié)構(gòu)的變化 157
763 孿晶向位錯轉(zhuǎn)化機理 176
764 晶粒尺寸對馬氏體形態(tài)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(guī)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(guī)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(guī)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
1012 Mn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
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(jié)構(gòu)及缺陷對原子擴散的影響 33
31 晶界結(jié)構(gòu) 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 晶體缺陷和晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對擴散的影響 41
參考文獻 42
第4章 超細晶晶界顯示技術(shù)與方法 43
41 現(xiàn)代電子顯微技術(shù) 43
411 EBSD技術(shù) 43
412 SEM、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(jīng)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(jié)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(jié)構(gòu)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(fā)展現(xiàn)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Fe4C3 90
612 其他材料中的Fe4C3 98
62 Fe4C3的進一步甄別與析出過程 105
63 Fe4C3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(guān)系 119
724 馬氏體內(nèi)的亞結(jié)構(gòu) 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(qū)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(tài)、亞結(jié)構(gòu)及影響因素 135
741 馬氏體形態(tài)與亞結(jié)構(gòu) 135
742 影響馬氏體形態(tài)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(tài) 140
744 馬氏體形態(tài)的理論預測 144
75 馬氏體相變點及其影響因素 148
751 Ms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(jié)構(gòu)的影響 155
761 低碳馬氏體形態(tài)演化 155
762 高碳馬氏體亞結(jié)構(gòu)的變化 157
763 孿晶向位錯轉(zhuǎn)化機理 176
764 晶粒尺寸對馬氏體形態(tài)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(guī)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(guī)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(guī)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
1012 Mn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
展開全部
超細晶鋼的固態(tài)相變與力學性能 節(jié)選
第1章緒論 材料、能源與信息是當今人類社會的三大支柱產(chǎn)業(yè)。材料是物質(zhì)社會的基礎(chǔ)，社會發(fā)展的歷史是以材料發(fā)展而劃分的，人類經(jīng)歷了石器時代、青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵水泥時代、硅材料時代和當今納米材料時代。納米材料是否可以作為當代社會的標志還有較大的疑問，直到現(xiàn)在，納米材料沒有為社會帶來預期的變革，但是鋼鐵材料卻成為時代交替的標志。雖然當今社會是信息時代，以硅為代表的材料成為信息時代的主體材料，但是鋼鐵材料在當今社會仍然是不可替代的材料，現(xiàn)代社會中的標志性工程都是以鋼鐵材料為主體建造的，如摩天大樓、大跨度橋梁、高速鐵路、遠洋巨輪、航空母艦、火力/水力發(fā)電設(shè)備、汽車、火車等。可以說沒有鋼鐵材料，就沒有現(xiàn)代人類文明社會，也可以說目前還找不出任何一種材料能替代鋼鐵材料。 為什么鋼鐵材料可以發(fā)揮如此重要的作用？有兩點主要原因。**個原因是鐵元素在地球中的儲量豐富，如圖1-1所示，金屬元素中鋁的儲量占7.73%，儲量排第1位，鐵的儲量占4.75%，排第2位。雖然鋁的儲量更高，但是提煉難度大、能耗高。相對而言，鋼的冶煉能耗低，這就決定了鋼鐵材料價格比較低，可以大量使用。2019年，世界鋼產(chǎn)量達到了15.7億t，其中我國的鋼產(chǎn)量為9.9億t，占到了世界總產(chǎn)量的63%;2019年，我國鋁產(chǎn)量為0.35億t，占到世界總產(chǎn)量的56%，鋁的產(chǎn)量只占到鋼的3.5%。其他金屬材料，如鎂、鈦、銅等儲量和用量都比較小，可見鋼在社會經(jīng)濟中占有主導地位。 圖1-1化學元素在地球中的儲量 第二個原因是鋼鐵材料的優(yōu)異性能和多樣性。鐵、鋁、鎂和鈦這四種常見金屬制備的合金中，抗拉強度分別為2000MPa、700MPa、300MPa和1500MPa，見圖1-2，顯然鋼（鐵合金）的抗拉強度*高，鈦合金的抗拉強度接近鋼；彈性模量分別為210GPa、72GPa、43GPa和113GPa，可以看出，鈦合金的彈性模量只有鋼的一半左右。如果釆用剛度來設(shè)計結(jié)構(gòu)，如大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋頂和橋梁，釆用鈦合金設(shè)計要多用一倍的材料才能達到與鋼同樣的剛度，更不用說鈦合金的價格遠遠高于鋼。再來看一下鋁合金和鎂合金，它們的抗拉強度和彈性模量都遠低于鋼，無法相比。鋁合金和鎂合金的優(yōu)勢在于密度低，在一些需要輕量化設(shè)計的構(gòu)件中，鋁合金和鎂合金有較大的優(yōu)勢，另外，鋁合金有較好的耐大氣腐蝕性能。由此可見，鋼在人類社會中具有不可替代的作用。 圖1-2四種金屬合金的抗拉強度與彈性模量 鋼的不可替代作用還表現(xiàn)在它的性能多樣性。通過各種強化手段，鋼的抗拉強度可以從200MPa左右提高到2000MPa以上，升高到10倍，硬度從15HRC提高到65HRC左右。因此，鋼既可以用來制造低強度的板材、帶材和線材，又可以制造堅韌耐磨的刃具、模具，用來加工和成型低強度的鋼鐵材料和其他金屬材料，由此誕生了機械加工工業(yè)、建筑業(yè)和各種制造業(yè)；鋼鐵材料可以設(shè)計成為耐各種介質(zhì)和環(huán)境的耐蝕鋼，制作成各種容器、管道等，成為化學工業(yè)、石油工業(yè)的基礎(chǔ)材料；鋼鐵材料可以制造成為耐-196°C低溫到1000°C左右高溫的各種低溫鋼和高溫鋼，可以制造液化天然氣運輸管道，船舶、汽輪機和燃氣輪機發(fā)電設(shè)備的核心部件，鍋爐高溫爐的耐熱發(fā)熱構(gòu)件，這些又構(gòu)成了能源工業(yè)和運輸行業(yè)的基礎(chǔ)。在已知的材料中還沒有其他材料可以開發(fā)如此多的性能，應用到如此廣泛的領(lǐng)域。 金屬材料中的強化方法有固溶強化、細晶強化、位錯強化和第二相強化（包括析出強化），在鋼鐵中除了這四種強化方法以外，還多出了一種馬氏體相變強化。馬氏體相變強化在鋁合金和鎂合金中都不存在，鈦合金中雖然也有馬氏體相變，但是不具有強化效應。馬氏體相變強化不是一個獨立的強化機制，它仍然是通過以上四種強化機制來實現(xiàn)強化，通過一個簡單的相變強化過程實現(xiàn)了這四種強化機制同時發(fā)揮作用，可以說是一個非常高效的強化方法，其他單一強化方法無可與之比擬。馬氏體相變過程中產(chǎn)生了過飽和固溶體，碳原子在過飽和固溶體的扁八面體中心產(chǎn)生了劇烈的晶格畸變，因此固溶強化非常顯著；相變過程通過共格切變來完成面心立方晶格（face center cubic，F(xiàn)CC）到體心立方晶格（body center cubic，BCC）的轉(zhuǎn)變，因此產(chǎn)生了大量的位錯或?qū)\晶，相當于產(chǎn)生了等量的形變強化。馬氏體通常需要回火后使用，在回火的過程中，過飽和碳原子會脫溶。研究表明，不同含碳量的馬氏體鋼回火到200°C，基體的含碳量基本沒有差別[1]。固溶強化會顯著減弱，但是回火過程中碳原子會以第二相的方式析出，又產(chǎn)生了析出強化。計算表明，低溫回火馬氏體的強化效果中，析出強化貢獻*大，其次是位錯強化。細晶強化體現(xiàn)在比原奧氏體晶粒更細小的馬氏體板條（對于低碳鋼）、馬氏體片或針（對于高碳馬氏體）的尺寸，貢獻占到了第三的位置。固溶強化的作用*小，可以忽略。固溶強化的作用完全被析出強化取代，并且有增加的趨勢。 與其他幾種常見金屬材料相比，鋼鐵材料的相變內(nèi)容*豐富，組織*復雜。鐵碳二元相圖是*具代表的二元合金相圖，它包含了包晶反應、共晶反應和共析反應這些*常見的金屬液-固反應、固-固反應和析出反應。鐵元素在910C時會產(chǎn)生同素異晶轉(zhuǎn)變，由高溫降到低溫時，鐵元素由面心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)，正是這一轉(zhuǎn)變?yōu)殇撹F材料帶來了一系列與眾不同的相變、組織與性能。當鐵中固溶了碳元素后，同素異晶轉(zhuǎn)變溫度會逐漸降低。大部分合金元素與鐵形成固溶體后會使這一轉(zhuǎn)變溫度降低，因此形成了相區(qū)的概念，有了奧氏體、鐵素體相區(qū)和對應的組織，代表著FCC和BCC不同結(jié)構(gòu)的合金。同素異晶轉(zhuǎn)變可以在緩慢冷卻的條件下進行，也可以在快速冷卻條件下進行，分別對應著擴散性相變和非擴散性相變，由此得到珠光體相變和馬氏體相變，還有介于擴散和非擴散之間的貝氏體相變，對于馬氏體組織還有回火相變。貝氏體相變和馬氏體相變是鋼中獨有的相變，是鋼鐵材料獲得各種不同力學性能的基礎(chǔ)。雖然鈦合金中也有馬氏體相變，但是鈦合金的高溫相是BCC結(jié)構(gòu)而低溫相是密排六方（hexagonal close-packed，HCP）結(jié)構(gòu)，密排六方結(jié)構(gòu)與面心立方結(jié)構(gòu)滑移面和滑移方向相似，室溫強度低，因而鈦合金的馬氏體相在室溫下并不能產(chǎn)生強化。 影響鋼鐵材料固態(tài)相變的因素主要有合金成分、缺陷密度、相變進行的溫度、冷卻速度和晶粒尺寸。相比較而言，晶粒尺寸對固態(tài)相變的影響被研究得比較少，原因是細晶粒在二次奧氏體化的時候容易長大，不能保持比較小的尺寸。關(guān)于晶粒尺寸對馬氏體相變影響的研究主要通過高鎳合金來實現(xiàn)，Ni是擴大奧氏體相區(qū)的元素，當Ni含量增加到一定值時，奧氏體相區(qū)可以擴大到室溫。因此，可以在室溫下將晶粒細化到所需要的尺寸，然后進一步深冷到液氮溫度進行馬氏體相變。利用這樣的實驗，一些文獻得到了晶粒尺寸減小到納米量級可以抑制馬氏體相變的結(jié)論[2]，這種實驗主要是理論性研究，而且是特殊設(shè)計的高Ni成分，在實際應用中沒有任何意義。本書的作者在開始研究晶粒尺寸與鋼鐵材料固態(tài)相變時，受到美國斯坦福大學Sherby教授的一個實驗啟發(fā)。Sherby教授在一篇論文中報道，超高碳鋼（ultra-high carbon steel，UHCS）中有較多的位錯馬氏體，但是并沒有解釋產(chǎn)生較多位錯的原因[3]。超高碳鋼中有較多的未溶碳化物，它們在淬火加熱時可以有效地阻礙晶粒長大，因此超高碳鋼的晶粒比較細。Sherby當時報道的晶粒尺寸在2pm量級，這個尺寸是間接測量馬氏體針的尺寸而轉(zhuǎn)換的結(jié)果，是不準確的。后來，本書作者團隊發(fā)明了電化學腐蝕晶粒方法，獲得超高碳鋼的實際晶粒尺寸在7pm左右。由此，將實驗鎖定在高碳鋼的成分范圍，采用控制軋制和高能球磨快速燒結(jié)的方法盡量細化初始晶粒，利用未溶碳化物在二次奧氏體化時有效阻礙晶粒長大的作用，獲得了目前本書所介紹的內(nèi)容，晶粒細化到4pm以下，已知的許多鋼鐵材料的固態(tài)相變都發(fā)生了非常規(guī)的變化。本書介紹的溫軋細化初始晶粒，二次奧氏體化后所能保持的*小晶粒尺寸是2.4pm，高能球磨制備塊體試樣，900°C二次奧氏體化后獲得的*小晶粒尺寸在0.54pm的水平，進一步細化到亞微米和納米量級還是面臨相當大的挑戰(zhàn)。本書介紹的大部分相變是在高碳鋼的范圍，在低中碳鋼范圍研究晶粒尺寸對固態(tài)相變的影響也還是有一定的難度，原因是低中碳鋼中沒有過剩碳化物，同時奧氏體化溫度比較高，在二次奧氏體化加熱時晶粒長大比較快，很難控制奧氏體晶粒尺寸，這為后續(xù)研究低中碳鋼晶粒尺寸與固態(tài)相變留有較大的空間。 鋼鐵材料具有資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好、性能可靠、便于加工和易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，目前地球上還沒有其他材料能夠取而代之。鋼鐵材料的另外一個優(yōu)點是性能可以大幅度調(diào)控，如從強度200MPa的普通建筑用鋼到2000MPa以上的高合金馬氏體時效鋼；從性能如面條的超塑性到堅如磐石的高硬度，如刀具、磨具和鉆頭等；從各種抗氧化、耐腐蝕、耐高溫的特種鋼到性能優(yōu)良的電磁功能材料。如此大范圍的性能調(diào)控可以通過加入合金元素、熱處理相變、熱加工、冷加工及表面處理等方法來實現(xiàn)。細化晶粒是一個非常有效的強化方法，是唯一可以同時提高強度和韌性的材料強化手段，它不需要加入合金元素。日本1997年啟動的“超級鋼”計劃、韓國1998年啟動的“21世紀高性能結(jié)構(gòu)鋼”計劃和中國的“新一代鋼鐵材料的重大基礎(chǔ)研究”計劃中都將細化晶粒作為主要的強化手段之一。日本在**期計劃結(jié)束后，于2002年啟動第二期項目“環(huán)境友好型超微細晶粒鋼的基礎(chǔ)技術(shù)研究”，仍然將細化晶粒作為主要的研究對象，由此可見細化晶粒的重要性。 2.1超細晶鋼的概念 通常，晶粒的評級采用金相圖譜比對和公式計算晶粒尺寸兩種方法。金相圖譜比對是將在放大100倍的金相顯微鏡下觀察的晶粒與標準圖譜比對，與圖譜*接近的晶粒級別就是所顯示材料的晶粒度。這種方法有主觀的影響，但是比較直接和快捷，因此是生產(chǎn)中的常用方法。 晶粒度的計算公式為 （2-1） 式中，n為放大100倍顯微鏡視野中每645mm2（即1in2）面積中的晶粒個數(shù)；N為計算的晶粒級別，或晶粒度。 1～3級（直徑為125～250pm）晶粒度為粗晶，4～6級（直徑為44～88pm）晶粒度為中等晶粒，7～8級（直徑為22～31pm）晶粒度為細晶[1]。現(xiàn)代鋼鐵冶金技術(shù)很容易將晶粒尺寸細化到10pm以下，晶粒度達到11～12級，這種晶粒度已進入到超細晶范圍。也有人認為晶粒尺寸在4pm以下才是超細晶，晶粒尺寸在0.1～4pm為微米超細晶，晶粒尺寸在0.1～100nm為納米超細晶[2]。納米晶材料的尺寸定義為100nm以下，是由于晶粒尺寸小于這一尺度時材料出現(xiàn)了異于常規(guī)晶粒尺寸的物理效應。 1.小尺寸效應 當微粒或晶粒的尺寸與光波波長、傳導電子德布羅意波長及超導態(tài)的相干尺度或透射深度等物理尺寸相當或更小時，周期性邊界條件將被破壞，聲、光、電、磁、熱、力學等特性均會受到影響，出現(xiàn)新的材料特性。 2.表面與界面效應 隨著納米微粒尺寸減小，表面原子所占的比例將會增大。納米微粒尺寸與表面原子數(shù)關(guān)系見表2-1。納米微粒的尺寸減小，表面原子的占比增大，不但會引起表面原子輸送和構(gòu)型的變化，同時也會引起表面原子自旋構(gòu)象和電子能譜的變化。 當粒子尺寸減小到納米，費米能級附近的電子能級由連續(xù)變?yōu)殡x散，使納米微粒的電、光特性與宏觀特性有顯著的不同，這種效應就是量子尺寸效應。 微米超細晶的尺寸范圍界定沒有達成共識，晶粒細化到這一尺度范圍，甚至超過這一范圍并沒有引起力學性能的變化和轉(zhuǎn)折，屈服強度和韌性值仍然維持霍爾-佩奇（Hall-Petch）關(guān)系的線性變化。本書后面章節(jié)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4pm具有確定的物理意義，珠光體相變和高碳馬氏體相變的形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)在這一尺寸發(fā)生了變化，這為4pm作為微米超細晶的尺寸定義帶來了確定的物理意義。 2.2超細晶鋼的力學性能 2.2.1超細晶鋼的強度 圖2-1給出了鋼中各種強化機制產(chǎn)生的強化
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