细化晶粒是同时提高金属材料强度和韧性的唯一有效方法，多年来人们关注了细化晶粒本身对强度的影响和贡献，但是细化晶粒对金属材料固态相变有什么影响知道甚少。
20 世纪 90 年代，纳米材料与纳米技术在世界范围掀起了研究热潮，纳米效应在材料的各个领域都展现出了奇特效应。在固态相变领域，纳米效应是不是也会带来新奇的现象？
这是《超细晶钢的固态相变与力学性能》作者当时关注的一个问题。这个想法源自一个简单的推论：钢中的珠光体是一个常见的组织，由渗碳体和铁素体层片交替组成，层片间距在 30～450nm，取决于转变温度和**速度。如果晶粒尺寸细化到纳米量级，一个晶粒内装不下一层铁素体与渗碳体，此时还能称之为珠光体吗？纳米晶钢铁材料中还会有珠光体组织和珠光体相变吗？晶粒细化到纳米量级，对钢铁材料的固态相变有重要的影响。
在国家自然科学基金项目（高碳板条马氏体组织与性能研究，50571077；微纳米晶高碳钢中相变新现象及机理研究，50871082；超高碳型轴承钢及接触疲劳性能研究，51271137）的支持下，自 2005 年起，作者系统地开展了相关方面的研究工作。
实验过程中发现，晶粒还没有细化到纳米量级，珠光体相变和马氏体相变就发生了重大的变化，从此开展了持续十多年的晶粒尺寸在 10μm 以下量级变化的固态相变研究。结果表明，晶粒细化到 10μm 以下量级，钢铁材料中所有的固态相变都产生了不同程度的变化，10μm 以下尺度的晶粒是工业化制备材料中可以实现的，更具有实际意义。研究发现，珠光体相变和马氏体相变存在约 4μm的临界晶粒尺寸，当奥氏体晶粒尺寸小于该临界值时，珠光体相变不能以传统的层片状结构进行，而是以球状离异共析方式完成珠光体相变；同样，对于马氏体相变，当奥氏体晶粒尺寸小于该临界值时，高碳马氏体相变也不能以常规孪晶方式进行，取而代之以位错亚结构方式进行。由于位错的滑移特性，硬而脆的高碳马氏体在室温下可以塑性变形，这是一个非常重要的发现，以此为基础开发出了强度大于 2600mpa、延伸率为 7%的超高强度和塑性良好的低合金超级钢，其强度大幅超过了商业化马氏体时效钢最高级别 c350，而成本仅是其 1/100，为超高强度钢的开发开辟了新思路。
▲1.41% 超高碳钢淬火组织的 tem 下组织
关于晶粒尺寸对固态相变影响的文献并不多，原因是超细晶粒在二次热处理时容易长大，比较难以控制。大部分关于晶粒尺寸效应的研究采用提高加热温度来调控晶粒尺寸，尺寸在 20～500μm 变化。本书研究的晶粒尺寸变化范围为 0.5～10μm，因而观察到了全新的相变现象。
▲两种高碳钢位错型马氏体形貌
▲三种轴承钢材料的晶粒尺寸
本书详细介绍了细化晶粒对钢铁材料固态相变的影响。全书共 10 章，第 1 章是绪论，阐述了钢铁材料的重要性并引出了超细晶相变研究的问题；第 2 章主要介绍了超细晶钢的概念、力学性能和制备方法；第 3 章主要介绍了超细晶对扩散的影响；第 4 章主要介绍了超细晶的显示方法；第 5～9 章是本书的核心内容，主要介绍了超细晶对钢铁材料珠光体相变、马氏体相变和贝氏体相变的影响，以及对奥氏体分解相变和马氏体回火相变的影响；第 10 章介绍了超细晶钢经马氏体相变和贝氏体相变后的力学性能。
超细晶钢的固态相变与力学性能
柳永宁 著
北京：科学出版社，2023.1
责任编辑：祝 洁，汤宇晨
内容简介
是一本关于超细晶钢固态相变的专著，首先介绍了超细晶的制备方法与显示技术，在介绍固态相变理论以及与细化晶粒相变相关研究的基础上，系统地介绍了近年来超细晶钢在珠光体相变、马氏体相变、贝氏体相变和回火相变方面的研究成果。最后一章介绍了经超细晶钢马氏体相变得到的位错型高碳马氏体钢的力学性能，得到了强度为 2600mpa、延伸率为 7%的超高强度低合金钢，这是迄今文献报道的低合金钢的最高强度。本书可供材料和冶金领域工程技术人员参考，也可作为材料科学与工程、物理和力学专业教师和研究生的参考用书。
目录速览
第1章绪论1
参考文献4
第2章超细晶钢的概念、力学性能及制备方法5
2.1超细晶钢的概念5
2.2超细晶钢的力学性能6
221超细晶钢的强度6
222超细晶钢的韧性9
223超细晶钢的塑性11
23超细晶钢的制备方法11
231大塑性变形法12
232热机械处理法20
233热处理法26
参考文献30
第3章晶界与晶体结构及**对原子扩散的影响33
31晶界结构33
311小角度晶界33
312大角度晶界35
32晶界及细化晶粒对扩散的影响38
33晶体**和晶体结构对扩散的影响39
331位错对扩散的影响39
332空位对扩散的影响40
333原子键和晶体结构对扩散的影响41
参考文献42
第4章超细晶晶界显示技术与方法43
41现代电子显微技术43
411ebsd技术43
412sem、tem形貌法45
42电化学法45
43氧化法52
参考文献54
第5章超细晶钢的珠光体相变55
51珠光体相变的经典理论和组织特点55
52超细晶对典型层片状珠光体相变的影响59
521高能球磨等离子快速烧结超细晶的珠光体相变59
522控制轧制方法制备超细晶的珠光体相变65
53超细晶对珠光体相变的影响机理73
531超细晶对珠光体相变形核的影响73
532超细晶晶界扩散对层片结构珠光体生长的抑制75
533超细晶对球状离异共析生长的促进作用76
534合金元素在离异共析中的作用79
54管线钢及细化晶粒对其组织的影响81
541管线钢的发展现状81
542管线钢的典型组织82
543细化晶粒对管线钢组织的影响86
参考文献88
第6章超细晶钢中的新型析出相90
61管线钢中岛状组织析出相90
611—种新型碳化物一fe4c390
612其他材料中的fe4c398
62fe4c3的进一步甄别与析出过程105
63fe4c3对力学性能的影响110
参考文献111
第7章超细晶钢的马氏体相变113
71马氏体相变的必要条件113
72马氏体相变的主要特征116
721无扩散性相变116
722表面浮凸和惯习面117
723位向关系119
724马氏体内的亚结构120
725相变的不完整性121
726相变的可逆性121
73马氏体相变理论122
731马氏体相变热力学122
732马氏体相变的驱动力123
733马氏体相变晶体学125
734碳的过饱和固溶128
735马氏体相变形核理论129
736长大过程132
74马氏体形态、亚结构及影响因素135
741马氏体形态与亚结构135
742影响马氏体形态的因素138
743截面法揭示板条马氏体和片状马氏体空间形态140
744马氏体形态的理论预测144
75马氏体相变点及其影响因素148
751ms的概念148
752合金元素对ms的影响149
753晶粒尺寸对ms的影响150
754粉体材料颗粒尺寸对ms的影响152
755应力和应变对ms的影响153
76晶粒尺寸对马氏体亚结构的影响155
761低碳马氏体形态演化155
762高碳马氏体亚结构的变化157
763孪晶向位错转化机理176
764晶粒尺寸对马氏体形态的影响182
参考文献184
第8章超细晶钢的回火相变188
81常规晶粒马氏体回火188
82超细晶钢残余奥氏体分解190
83超细晶钢回火碳化物析出191
831超细晶65mn钢191
832超细晶65cr钢193
833超细晶55crsi钢196
834超细晶60si2mn钢198
参考文献199
第9章超细晶钢的贝氏体相变200
91贝氏体常规组织200
911上贝氏体200
912下贝氏体202
913粒状贝氏体203
914无碳化物贝氏体203
92纳米贝氏体204
93晶粒尺寸对贝氏体相变的影响205
931晶粒尺寸对常规贝氏体相变的影响205
932细化晶粒对纳米贝氏体相变的影响207
参考文献212
第10章超细晶钢相变后的力学性能214
101高碳位错马氏体钢的力学性能214
1011超细晶cr系马氏体钢力学性能214
1012mn系超细晶高碳位错马氏体钢的力学性能225
102超高碳钢的力学性能和接触疲劳性能231
1021超高碳钢的力学性能231
1022超高碳钢作为新型轴承钢的综合力学性能233
103马氏体的脆性246
参考文献248
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（本期编辑：王芳）
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