贝氏体和马氏体相变及应用的研究

系统总结了清华大学相变及复相新材料研究组近年来在贝氏体相变领域关键性的最新研究成果，包括三维巨型及纳米台阶存在的客观性和普遍性、台阶阶面的可动性、贝氏体片条的内部超精细结构、贝氏体浮突的特征及本质、贝氏体碳化物的来源及形成模型、马氏体浮突的扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）及原子力显微镜（ＡＦＭ）研究；进一步论述贝氏体相变的激发形核－台阶长大（ＳＮＬＧ）机制，并用ＳＮＬＧ机制解释了贝氏体的多层次复杂亚结构；同时，还论述了空冷贝氏体／马氏体复相钢的工业应用。     

Cu—Zn—Al合金贝氏体及马氏体表面浮突的扫描隧道显微镜研究

首次用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）观察了ＣｕＺｎＡｌ合金的贝氏体和马氏体表面浮突，发现贝氏体浮突是由许多亚单元组成的浮突群，单个亚单元浮突呈“Ｖ”型，不同于马氏体相变不变平面应变的“Ｎ”型浮突，从而说明贝氏体不可能切变形成。同时在实验结果的基础上，提出了贝氏体激发形核－台阶生长的形成机制     

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：论述了贝氏体机变理论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，溶质拖蓝及类拖效应，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。     

Fe-0.3C-3Mn-2Ni-2Si中贝氏体表面浮突效应的原子力显微镜研究

利用原子力显微镜(AFM)对Fe-0.3C-3Mn-2Ni-2Si(质量分数,％)合金中315℃等温贝氏体相变的表面浮突效应及相应区域的微观组织进行了对比观察.结果表明,伴随贝氏体相变的帐篷型表面浮突效应完全是新相长大过程中的形状应变所引起;贝氏体铁素体最小结构单元的表面浮突为帐篷型,不同于单倾型马氏体浮突,不可能以切变方式形成,它的两浮突角在8-10°之间.扩散台阶机制可以解释上述现象.     

贝氏体相变机制的研究进展

简要地总结了清华大学贝氏体相变研究组在贝氏体相变领域的主要研究成果。包括以下方面 :①利用TEM、AFM、STM发现了钢及有色合金中的贝氏体超精细结构 ;②利用STM发现贝氏体表面浮突大多是由与超亚单元相对应的“帐篷型”小浮突群组成的 ;③利用TEM和STM证实了三维巨型台阶存在的普遍性和可动性 ;④发现钢中贝氏体碳化物在α/γ界面的γ侧形核并向奥氏体内生长 ;⑤概述了贝氏体的激发形核 台阶长大机制及其理论计算 ;⑥用前述相变机制解释了贝氏体的多层次复杂结构 ,以及上贝氏体、下贝氏体等不同形态的形成原因。     

Cu—Zn—Al合金中马氏体和贝氏体浮突的原子力显微镜研究

首次采用原子力显微镜（ＡＦＭ）对Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金中的马氏体浮突和贝氏体浮突进行了定量观测。在此基础上，将ＡＦＭ的测量结果与马氏体相变表象理论（ＰＴＭＣ）进行发对比，发现马氏体浮突角与ＰＴＭＣ理论相符合，而贝氏体浮突角与ＰＴＭＣ理论不符合，说明贝氏体相变机制与马氏体不同，不可能是切变机制；同时发现贝氏体浮突是一组贝氏体亚单元所造成的浮突组成的浮突群。     

Cu－Zn－Al合金中马氏体和贝氏体浮突的原子力显微镜研究

首次采用原子力显微镜（ＡＦＭ）对Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金中的马氏体浮突和贝氏体浮突进行了定量观测。在此基础上，将ＡＦＭ的测量结果与马氏体相变表象理论（ＰＴＭＣ）进行了对比，发现马氏体浮突角与ＰＴＭＣ理论相符合，而贝氏体浮突角与ＰＴＭＣ理论不符合，说明贝氏体相变机制与马氏体不同，不可能是切变机制；同时发现贝氏体浮突是一组贝氏体亚单元所造成的浮突组成的浮突群     

贝氏体和马氏体浮突的扫描隧道显微镜研究

本文首次用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）研究了Ｆｅ－Ｃ－Ｃｒ钢中贝氏体和马氏体浮突的形态，利用ＳＴＭ所独具的优异的纵向分辨率，发现贝氏体浮突实际上是贝氏体的亚片条，亚单元及超亚单元造成的表面浮突所组成的浮突群，完全不符合马氏体浮突的不变平面应变特征，说明了贝氏体相变不可能按切变机制进行。     

钢中贝氏体相变机制的研究

简要地总结了国内近年来在贝氏体相变理论研究方面的主要成果,包括以下方面;(1)发现钢中的贝氏体超精细结构;(2)贝氏体表面浮突完全由贝氏体铁索体长大过程中形变产生,单一超亚单元对应的浮突呈帐篷型;(3)贝氏体铁索体宽面上存在三维巨型台阶,在近N—W关系下相变单元宽面接近(335)f,为扩散型界面;(4)发现钢中贝氏体碳化物在α／γ界面的γ侧形核并向奥氏体内生长;(5)建立了贝氏体激发形核一台阶长大模型,理论计算表明这种机制是合理的,它成功地解释了贝氏体的多层次复杂结构,以及上贝氏体、下贝氏体等不同形态的形成原因等。     

贝氏体相变理论研究进展

总结了国内外贝氏体相变理论研究领域的主要研究成果，急论焦点和重大分歧，涉及贝氏体相变过程伴随的表面浮凸效应，相变产物晶体学，贝氏体铁素体的“中脊”和“边脊”，下贝氏体碳化物的析出形态等，研究了贝氏体碳化物的不同特殊析出形态和α／γ相界面的巨型台阶，提出贝氏体铁素体可能按置换型原子体扩散控制台阶机制长大。     

MIDRIB AND LEDGE OF BAINITE IN A Cu-Zn-Al-Mn ALLOY

The bainitic transformation in a Cu-Zn-Al-Mn alloy has been examined with TEM.The re-sults show that the stacking faults and also the bainitic midrib are found at the beginning ofbainite formation in the alloy.The stacking fault planes can pass continuously through themidrib in bainite.The growth ledges occur at the broad faces and rims of bainite.The broadand narrow faces of th ledges are parallel to the fault plane and habit plane respectively.Boththeir Miller indices are {110}_(B2).The moving direction of ledges is parallel to the fault plane.It may be deduced that the bainite in alloy are initially formed by shear and the process ofgrowth are go verned by propagation o f fault planes.     

Cu-Zn-Al-Mn合金的贝氏体中脊和台阶SCIEI

用透射电镜详细地研究了Cu-Zn-Al-Mn合金的贝氏体相变。观察结果表明:该合金中贝氏体在形成初期已存在层错。同时观察到贝氏体中脊,贝氏体内部的层错面能够连续地通过中脊。在贝氏体宽面及端部存在长大台阶,台阶的宽面和窄面分别平行于贝氏体层错面和惯习面,其晶面指数均属{110}_(B2)晶面族,长大台阶的推进方向平行于层错面。由此推测,Cu-Zn-Al-Mn合金贝氏体在相变初期首先以切变方式形成,而其长大过程是由其层错面的扩展所控制。     

Morphology and growth process of bainitic ferrite in steels

The morphologies and the formation mechanisms of isothermally transformed Widmanstatten ferrite and bainite in various steels were investigated. Widmanstatten ferrite often grew from the grain boundary ferrite allotriomorph formed by a diffusional mechanism in the temperature range of the upper C-curve, whereas, bainite grew directly from an austenite grain boundary showing its own C-curve in a TIT diagram at temperatures between Bs (bainite starting temperature) and Ms (martensite starting temperature). Both structures accompanied well-defined surface reliefs of the invariant plane strain-type, and were in the shape of a lath or a plate consisting of several parallel needle-like ferrite subunits with parallelogram cross sc:ctions. The crystallographic properties of Widmanstatten ferrite and upper bainite were similar to those of lath martensite. Therefore, it was concluded that the difference between bainitic ferrite and Widmanstatten ferrite existed only in the nucleation events, where both structures grew by the same mechanism.     

Fe－C合金贝氏体铁素体的相变基元与类马氏体形貌贝氏体的形成

本文从多方面研究观察再次证实贝氏体铁素体相变基元的存在，相变基元为切变相变基元，并提出其形态示意图。在Ｆｅ－Ｃ合金中，本文观察到正三角型、交叉型、“Ｎ”型和蝴蝶型类马氏体形貌贝氏体。在交叉型贝氏体中，发现基元相对滑移的、相互脱节的、形成“束腰”的和互换生长取向的交叉型贝氏体，交叉效应直接体现于相变基元的活动行为，相应提出其活动行为示意图。导致交叉的应力场是切变相变剪切应力集中应力场，贝氏体交叉的形成是切变应力－应变诱发贝氏体转变的结果。在应变诱发贝氏体转变时，相变驱动力的补偿与奥氏体所发生的真实应变的平方成正比，两贝氏体铁素体碰撞非常猛烈，承认其形成方式为切变型可得到说明。     

MORPHOLOGY AND PHASE TRANSFORMATION OF GRANULAR BAINITE AND GRANULAR STRUCTURE

本文研究了低碳合金钢奥氏体在连续冷却或等温转变过程中形成的组织形态和转变机理。结果表明在中温贝氏体区得到“粒状贝氏体”组织,在先共析转变区得到“粒状组织”。两者都有“铁素体基体+小岛”形貌。但前者有表面浮凸现象,铁素体呈长条状,与母相维持K-S关系,惯习面为{111}_γ,小岛也多星长条状平行排列。后者无表面浮凸,铁素体呈无规则形状,与母相无严格位向关系,小岛亦呈无规则排列。然而这两种组织都是由扩散型相变机制形成的。最后,提出了形成这两种组织的相变模型。     

钢中贝氏体形核初期微观形貌及精细结构的TEM观察

利用ＴＥＭ研究了８Ｍｎ８ＳｉＭｏ钢贝氏体晶核初期篚过程中的微观组织及精细结构。实验观察到初期贝氏体具有应力变促发亚单元形核特征，相变单元的三维形貌呈薄片状；贝氏体／奥氏体相界面可形成缺陷面，为母相奥氏体塑性协调变形亚结构。实验结果表明贝氏体的初期形成具有切变特征。