Технология термической обработки металлов успешно применялась в общественной жизни и на войне за сотни лет до нашей эры. Однако принципы термической обработки металлов появились 19 века, отставая от технологических навыков почти на 2000 много лет. С точки зрения современной широкой промышленной области, принципы термической обработки металлов в настоящее время называются фазовыми превращениями в твердом состоянии металлов. В данной статье проводится лишь краткий анализ и обсуждение происхождения, развития и эволюции этой теории, а также подчеркиваются достижения и вклад ученых нашей страны в изучение теории фазовых превращений в твердом состоянии.

1.  Возникновение принципов термической обработки металлов

Наша страна является одной из самых ранних стран в мире, применяющих технологию термической обработки. Еще в эпоху Шан использовался отжиг для обработки золотой фольги, а в период Сражающихся царств ( до нашей эры 403~ до 221 года ) уже использовались такие технологии, как отжиг, закалка, нормализация и цементация, для повышения характеристик стальных изделий. Наша страна является одной из самых ранних стран, применяющих мартенситную структуру и технологию закалки. Стальные мечи западной ханьской династии, обнаруженные в Саодаогао, провинция Ляонин, и мечи, обнаруженные в гробнице Лю Шэна в Манчэнге, обладают мартенситной структурой закалки. Высокий уровень технологии термической обработки описывается словами «выкованный стальной нож, используемый для резки нефрита, как будто это глина». ( литье, ковка, сварка ) и термическая обработка находились на мировом уровне.

Основное содержание принципов термической обработки металлов заключается в изучении взаимосвязи и закономерностей изменения состава, структуры и свойств. В «Каогунцзи», написанном более двух тысяч лет назад, содержится описание соотношения компонентов, свойств и применения шести медных сплавов, которое почти совпадает с современными медными сплавами. Это теория металлургии, но в ней отсутствует описание структуры. ( В то время не было условий ) . Это фактически зародыш принципов термической обработки ( или зарождение )。

В период династий Тан и Сун мастерство термической обработки в нашей стране находилось на мировом уровне, но не было понятно и не было условий для понимания внутренней структуры металла и закономерностей ее изменения. То есть существовало только ремесленное мастерство, но не научная теория.

19 века, благодаря развитию западных промышленных технологий, особый интерес вызвали изменения свойств металлов, вызванные термической обработкой, что вызвало интерес к изучению тайн внутреннего мира металлов. В первую очередь был изобретен микроскоп, и для исследования изменений внутри металла использовались такие методы, как металлографический анализ.

1864 года Сорби (Sorby) впервые наблюдал перлит в углеродистой стали. Человечество впервые увидело внутреннюю картину стали, назвав ее : «жемчужным компонентом» (Pearly Constituent) . Позже он был назван перлитом (Pearlite) . С тех пор человечество начало ступать на порог металлографии.

1868 года Чернов обнаружил, что при нагревании и охлаждении стали при определенной температуре происходит структурное превращение, то есть были обнаружены критические точки. Технология термической обработки сделала большой шаг вперед в науку, начав входить в мир фазовых превращений в твердом состоянии.

1878 года немецкий металлург Martens и др. с помощью металлографического микроскопа наблюдали твердую фазу в закаленной стали, в первую очередь высокоуглеродистый игольчатый мартенсит. 1895 года француз 0smond назвал его мартенситом (Martensite).

Таким образом, уже во 19 второй половине века люди начали понимать перлит и мартенсит. Начали изучать структуру и структурные превращения металлов после термической обработки. С тех пор термическая обработка металлов перешла от ремесла к науке, начав изучать процессы фазовых превращений в стали и их закономерности.

Через полвека, в 1929-1930 годах Bain и др. впервые при изотермической обработке эвтектоидной стали в среднетемпературной зоне между точкой мартенсита и температурой превращения перлита обнаружили продукт превращения, который впоследствии был назван бейнитовой структурой.

С 1864 года по 1930 год за 70 лет были обнаружены перлитная структура, мартенситная структура и бейнитовая структура. Наблюдение за структурой стало первым шагом в исследовании принципов термической обработки металлов, являясь основополагающим этапом исследования принципов. К 20 первой половине века были сформированы систематические принципы термической обработки металлов.

2. После освобождения Китая мы изучали и применяли советскую теорию термической обработки

Из-за гнилого правления феодальной системы и агрессии и эксплуатации империалистических держав технология термической обработки в Китае отставала от западных стран. После освобождения партия и правительство уделяли большое внимание созданию промышленной системы и научным исследованиям. Начиная с 20 века 50 годов, Китай в больших масштабах импортировал из Советского Союза оборудование и технологии термической обработки, а также создал специальность по термической обработке металлов по образцу Советского Союза. В университетах использовались переведенные с советского языка учебники, читались советские публикации, составлялись учебные материалы для обучения, обучения и промышленного применения. 50-60 годы стали основополагающим периодом для науки и техники термической обработки в Китае.

В то время используемый учебник «Термическая обработка металлов» состоял из двух частей : В первой части излагались основные принципы термической обработки, а во второй — технология термической обработки. В части принципов рассматривались : образование аустенита, превращение перлита, превращение бейнита, мартенситное превращение и превращение при отпуске — пять основных превращений. Излагались довольно неглубокие теоретические знания. Можно было понять термодинамику, кинетику, морфологию структуры и процесс превращения пяти основных превращений. Поскольку в то время электронные микроскопы и другое оборудование еще не использовались для наблюдения за процессом фазового превращения, можно было наблюдать морфологию структуры только с помощью металлографического микроскопа, увеличивая 1000 Для наблюдения за структурой необходимы масляные объективы, наблюдение непросто. Поэтому отсутствуют наблюдения тонких субструктур и глубокий теоретический анализ. За рубежом 60 после начала применения электронных микроскопов для исследования структуры тканей, а в нашей стране это произошло позже, культурная революция также повлияла на эти исследования, поэтому в этот период теоретические знания о термической обработке металлов в нашей стране были довольно поверхностными и содержали ошибки.

2.1  Перлитное превращение

Перлитная структура — это самое раннее открытие, которое изучалось наиболее подробно. 1864 года Сорби (Sorby) Впервые в углеродистой стали были обнаружены продукты, состоящие из чередующихся пластинчатых цементита и пластинчатого феррита, которые впоследствии были названы перлитом. Перлитную структуру относительно легко получить и наблюдать в эксперименте, 20 века 70  до было проведено много исследований, но они не были активными. В нашей стране таких исследований проводилось мало. Зарубежные ученые провели много теоретических исследований перлитного превращения, в основном выяснив морфологию структуры и процесс превращения. Но есть много недостатков.

(1) Понятие перлита неточно, например, : перлит — это механическая смесь феррита и цементита. Это понятие широко использовалось до 2003 года, когда оно было исправлено отечественными учеными и постепенно принято научным сообществом.

(2) Механизм перлитного превращения имеет много недостатков, например, : поскольку перлит состоит из двух фаз, существует проблема ведущей фазы. Означает ли то, что перлит состоит из двух фаз, что обязательно должна существовать ведущая фаза? Очевидно, такой логики нет. Реакция разложения — это процесс превращения одной фазы в две фазы, продукты реакции образуются одновременно в соответствии с уравнением реакции. Это также относится к эвтектоидному разложению переохлажденного аустенита с образованием феррита и цементита. Согласно Fe-C диаграмме состояния, в критической точке 727 °C аустенит, феррит и цементит находятся в трехфазном равновесии. Когда аустенит отклоняется от состояния равновесия ( имеется переохлаждение △ T) то при A _r1 температуре эвтектоидное разложение происходит с образованием перлита. Перлит состоит из двух фаз: феррита и цементита (F+Fe ₃ C) образует единое целое, как продукт эвтектоидной реакции, феррит и цементит образуются одновременно и синхронно, то есть так называемый «эвтектоид».

Кроме того, использование объемной диффузии для анализа механизма перлитного превращения также не соответствует действительности.

В общем, в этот период исследования перлитного превращения продвинулись вперед, но не были завершены. Только в 21 начале века, обобщив результаты отечественных и зарубежных исследований, путем проведения многочисленных экспериментов и теоретического анализа, удалось полностью выяснить микроструктуру и механизм превращения перлита.

2.2  Мартенситное превращение

Мартенситная структура уже давно наблюдалась, в основном при низком увеличении металлографической структуры. 20 века 20 В конце X- были использованы рентгенодифракционные методы для определения постоянной решетки мартенсита. 60 После применения электронных микроскопов стало возможным наблюдать тонкую субструктуру мартенсита. Были получены дополнительные знания о взаимосвязи между составом, структурой и свойствами мартенсита. В этот период теоретические исследования мартенситного превращения были очень активными, связь между структурой и свойствами была очень четкой. Но исследование механизма мартенситного превращения зашло в тупик, все глубже и глубже.

Например, : понятие мартенсита используется 1927 года КУРДЮМОВ предложение : Мартенсит — это пересыщенный твердый раствор углерода в α -Fe Это определение устарело, но оно использовалось в учебниках и публикациях до 21 начала века, когда оно было исправлено.

Например, : механизм «сдвига» мартенситного превращения был 20 века 30 предложен в годах, он ограничен сдвигом решетки в чистых металлах, до 70 были предложены 8 модели, которые не соответствуют действительности, но научное сообщество, по-видимому, считает механизм сдвига зрелой «теорией».

Теория «сдвига» мартенситного превращения — это не соответствующее действительности совершенно ошибочное учение. В 21 начале века оно было исправлено отечественными учеными.

2.3  Бейнитное превращение

Bain обнаружил бейнитную структуру позже, но открыл применение бейнитной структуры человечеством. 20 Во второй половине века исследования бейнитного превращения были очень активными, споры были довольно ожесточенными. Г-н Кэ Цзюнь 1952 предложил механизм бейнитного превращения, который, по его мнению, представляет собой процесс сдвига, подобный мартенситному. Это также новаторская работа, которая повлияла на полвека. Судя только по выпуклостям на поверхности образца, можно предположить, что бейнитное превращение является процессом сдвига, очевидно, это поверхностное предположение, которое не увенчалось успехом.

60  После применения электронных микроскопов была проведена подробная проверка и исследование его субструктуры. В то время изложение механизма бейнитного превращения в учебниках и публикациях ограничивалось механизмом «сдвига». Еще не было сформировано двух лагерей в споре. Поскольку механизм диффузии бейнита был предложен 1970 около Aaronson и др., Aaronson пытались опровергнуть механизм сдвига, ссылаясь на слишком большую энергию деформации, но из-за недостаточности их аргументов их трудно было убедить, что привело к почти 40 летним научным спорам безрезультатно.

Внутренние споры между двумя сторонами начались 80 Годы. В этот период было много споров о механизме бейнитного превращения, фактические наблюдения были неточными и неполными. Фан Хуншэн и Bhadeshia провели много наблюдений и исследований, но их точки зрения резко различались, они были представителями двух школ. Изучение механизма превращения ошибочно было доведено до двух крайностей: школа сдвига считала, что это процесс сдвига, подобный мартенситному; а школа диффузии пошла на другую крайность, считая это продолжением эвтектоидного распада. Никто не увидел переходных характеристик бейнитного превращения.

3. Начало реформ и открытости до 20 конца века изучение принципов термообработки в США, Европе и Японии

20 века 80 годы облик производства термообработки в Китае значительно улучшился, это был поворотный период бурного развития научных исследований и технологий в области термообработки. В этот период поднялась волна реформ и открытости, было ввезено большое количество зарубежной литературы и материалов, а также были отправлены многочисленные ученые на стажировку за границу. Известные китайские эксперты и профессора перевели и написали множество книг и учебников. Среди университетских учебников по принципам термообработки металлов есть три книги, написанные профессорами Чжао Ляньчэном, Лю Юньсю и Ци Чжэнфэнгом. Теории твердофазных превращений, изложенные в этих учебниках, в основном взяты из исследований ученых из США, Европы и Японии, а также содержат и продолжают содержание советских публикаций, это 80-90 годы важные учебники для специальности «Термообработка» в университетах Китая.

Принципы термообработки в этих учебниках отражают зарубежные 20 середину ХХ века (20-70 годы ) достижения исследований, богаты и передовые, обладают определенной теоретической и промышленной ценностью, оказали важное влияние на развитие преподавания в области термообработки в Китае, а также на производство в области термообработки, литья, ковки, прокатки, сварки и т.д.

Лю Цзунчан после 30 многолетней (1970-2000 года ) педагогической практики, научных исследований и промышленного применения обнаружил, что эти принципы обладают важной теоретической ценностью, но содержат много ошибок и на самом деле не являются полностью зрелыми. Тщательно изучая полезные знания Запада, через педагогическую практику, научные эксперименты, используя принципы философии науки и техники, он всесторонне, осторожно и последовательно проанализировал недостатки и ошибки. Некоторые из этих недостатков и ошибок будут приведены в качестве примеров.

3.1  Ошибочные понятия

Философия науки и техники ( Диалектика природы ) указывает : Научные понятия являются клетками, составляющими научную теорию. Видно, что научные понятия чрезвычайно важны, но формирование правильного научного понятия часто имеет свой процесс. На начальном этапе исследования наблюдения недостаточны, измерения неточны, понимание неполно, поэтому понятие неизбежно неточно. По мере углубления научных исследований, благодаря научной абстракции, выяснение сущности вещей и их внутренних закономерностей, необходимо идти в ногу со временем, обновлять понятия, способствовать дальнейшему развитию теории.

Научное понятие — это результат научной абстракции от природных явлений. То есть в процессе научного исследования путем сравнения, анализа, очистки, обобщения, извлечения и уяснения существенных факторов экспериментальных данных и информации формируется научное понятие, обычно достигающее раскрытия общих закономерностей и причинно-следственных связей изучаемого объекта. То есть с помощью научных методов абстракции, таких как отбор лучшего, отбрасывание ложного, от частного к общему, от внешнего к внутреннему, создается новое понятие.

В принципах термообработки аустенит, перлит, бейнит, мартенсит и т.д. являются чрезвычайно важными, даже центральными понятиями, к сожалению, ранее эти понятия были нестрогими, неполными и даже содержали принципиальные ошибки, приведу несколько примеров :

(1) Что такое мартенсит ?

20 Определения, данные мартенситу с начала ХХ века, устарели или неверны.

Определение 1: Мартенсит — это пересыщенный твердый раствор углерода в α -Fe пересыщенный твердый раствор в (предложено в 1927 году )。

Во многих мартенситах стали и сплавов не содержится углерода, иногда это не только объемно-центрированная кубическая решетка, но и гексагональная плотноупакованная, упорядоченная орторомбическая, упорядоченная гранецентрированная кубическая, упорядоченная тетрагональная и другие кристаллические структуры. Поэтому это определение уже устарело.

Определение 2: Все продукты превращения, соответствующие основным характеристикам мартенситного превращения, называются мартенситом (1951 году 10) 。

Это понятие используется во многих публикациях. 80 В : годы кто-то дополнил основные характеристики превращения, изменив их на

Продукты превращения без диффузии в материнской фазе, когерентного сдвига с неизменной плоскостью скольжения, называются мартенситом. : Это понятие неуместно, согласно принципам диалектики природы, анализ следующий:

(2) Это понятие указывает только на характеристики мартенситного превращения, это всего лишь обобщение закономерностей процесса мартенситного превращения, а не объяснение физической сущности самого мартенсита. Определение мартенсита должно быть научной абстракцией физической сущности самого мартенсита, то есть указание на свойства самого мартенсита, а не на свойства его образования, не следует заменять свойства продукта свойствами процесса. Поэтому, хотя это определение исходит от зарубежных авторитетов, оно неудачно. ?

20 века 70 Что такое бейнит :

С годов по поводу определения бейнита между двумя группами ученых шли ожесточенные споры, типичные формулировки таковы: : ① Ученые, придерживающиеся точки зрения на сдвиг, считают, бейнит — это игольчатые продукты распада, образующиеся при среднетемпературном превращении. Есть три характеристики :(a) игольчатая структура; (b) эффект выпуклости поверхности; (c) имеет свой TTT диаграмму и B 图和 B _s точка. И определяется бейнит как «непластинчатая смешанная структура феррита и карбидов».

Это определение неверно. Причины: бейнит — это игольчатые продукты распада, образующиеся при среднетемпературном превращении. Есть три характеристики Это не смесь, а интеграция. Природные системы — это интегрированные системы, а не смешанные системы , Смешанные системы не обладают функцией самоорганизации; (b) эффект выпуклости поверхности; Непластинчатая структура феррита и карбидов — это не только бейнит, но и зернистый перлит, отпущенный сорбит и т. д. также являются непластинчатыми структурами феррита и карбидов; TTT Как уже упоминалось, эффект выпуклости поверхности не является характеристикой превращения бейнита, поэтому в определении не следует использовать эффект выпуклости поверхности в качестве основы определения.

② Ученые, придерживающиеся точки зрения диффузии, считают, :B _s точка и B рисунок представляют собой форму влияния легирующих элементов на кинетику эвтектоидного распада, бейнит является «диффузионным, некооперативным, продуктом эвтектоидного распада ступенчатого роста с конкуренцией двух фаз осаждения». Считается, что превращение бейнита является продолжением эвтектоидного распада, а структура бейнита является продуктом эвтектоидного распада. Эта точка зрения рассматривает бейнит как продукт эвтектоидного распада, считая, что превращение бейнита является продолжением эвтектоидного распада, что неверно. Превращение бейнита нельзя рассматривать как эвтектоидный распад, между ними существуют существенные различия, их нельзя путать.

Эйнштейн однажды указал, : Изобретение научных понятий и построение на них теорий — это великое творческое свойство человеческого духа. Ошибочные понятия в принципах термической обработки серьезно влияют на научность и правильность теории, препятствуя развитию и прогрессу теории материаловедения.

3.2 Ошибочный механизм фазового превращения

В этот период основная часть механизма твердофазного превращения в принципах термической обработки была ошибочной. Например, механизм сдвига мартенситного превращения, ступенчатый - диффузионный механизм превращения бейнита, механизм объемной диффузии превращения перлита и так называемый механизм «межфазного осаждения», механизм двухфазного распада отпущенного мартенсита и т. д. неверны.

Механизмы фазового превращения в пяти основных превращениях в основном были предложены западными учеными, хотя г-н Кэ Цзюнь является китайским экспертом, но предложенный им механизм сдвига превращения бейнита также был разработан им совместно с Cottrell во время работы в Бирмингемском университете Великобритании.

Исследования китайских ученых отстают. После реформ и открытости очень важно и необходимо изучать передовые научные и технологические достижения Запада.

После многих лет обучения, преподавания и научно-исследовательской практики я понял эти знания о фазовых превращениях, смог распознать ценные достижения, а также недостатки и ошибки, как говорится, не войдя в тигриную нору, не поймаешь тигренка. Примеры основных ошибок в этих теориях фазовых превращений приведены ниже :

(1) Механизм превращения перлита

Ошибочно считается, : что при превращении перлита существует ведущая фаза, обычно сначала на границе раздела образуется зародыш цементита, происходит объемная диффузия и рост, межпластинчатое расстояние линейно зависит от переохлаждения.

(2) Механизм превращения бейнита

Основные взгляды школы сдвига : Бейнит образуется и растет путем сдвига. При фазовом превращении легирующие элементы не диффундируют, диффузия атомов углерода приводит к образованию обедненной углеродом области, бейнит зарождается в обедненной углеродом области и растет в кристалл аустенита способом сдвига мартенситного превращения. Затем атомы углерода выделяются из феррита, образуя карбиды. Образование зародышей с помощью сдвига - рост образует субединицы феррита бейнита, непрерывное образование субединиц образует пластины феррита бейнита.

Школа диффузии считает, : американский металлург H.I.Aaronson и его сотрудники предложили ступенчатый механизм диффузии бейнита. - Существуют процессы диффузии атомов углерода, атомов железа и замещающих атомов. Эта теория прошла три этапа развития: ступенчатый механизм, ступенчатый - механизм скручивания и возбужденный - ступенчатый механизм. Согласно теории ступенчатой диффузии, зарождение феррита бейнита - процесс роста контролируется диффузией. Превращение бейнита — это непластинчатый эвтектоидный процесс распада переохлажденного аустенита.

(3) Механизм мартенситного превращения

1924 год, Bain обнаружено наличие выпуклости на поверхности закаленной стали. 1930 год, T.B. Курдюмов и G. Сакс (Sacks) впервые измерили 1,4%C в стали мартенсит и исходный аустенит сохраняют определенное кристаллографическое ориентационное соотношение, то есть K-S соотношение. Была разработана первая модель сдвига, в которой явление выпуклости поверхности использовалось в качестве экспериментального подтверждения механизма сдвига. С этого момента начались исследования механизма сдвига мартенситного превращения и кристаллографии фазового превращения.

После 40  года был предложен ряд моделей сдвига, поскольку каждая модель трудно согласуется с действительностью, поэтому она постоянно модифицируется или «усовершенствуется» до 70 годов было предложено 8 кристаллографических моделей сдвига. Однако в конечном итоге все модели сдвига не соответствуют действительности. Научное сообщество вынуждено считать сдвиг зрелой теорией мартенситного превращения.

Эти ошибки в механизмах фазового превращения необходимо исправить, чтобы предотвратить их дальнейшее распространение, как говорится, : обновление. Это задача, которую научное сообщество по материаловедению не может игнорировать.

4. 21 Инновации в принципах твердофазного превращения с ХХ века

20 века 90 В конце указанного периода были объединены и пересмотрены специальности высших учебных заведений. Специальности «Литье, ковка и сварка», «Термическая обработка», «Порошковая металлургия», «Жаропрочные сплавы» были объединены в специальность «Металлургическое материаловедение». Содержание обучения и названия курсов были последовательно скорректированы, в частности, курс «Принципы термической обработки металлов» был переименован в курс «Теория фазовых превращений в твердом состоянии». Это отражает переход и эволюцию принципов термической обработки металлов к принципам фазовых превращений в твердом состоянии. Первоначально название курса было изменено, но по сути ничего не изменилось, и теоретическое содержание осталось прежним.

Вход 21 В ХХ веке исследовательская группа по фазовым превращениям в твердом состоянии Внутреннемонгольского университета науки и техники провела обширные экспериментальные исследования, опубликовала серию статей, в которых тщательно и инновационно скорректировала и обновила ошибочные теории, чтобы способствовать развитию принципов термической обработки ( принципы фазовых превращений в твердом состоянии ) с точки зрения научности, передового опыта, а также надежности научных исследований и промышленного применения.

В первую очередь была обновлена теория превращения бейнита, затем были исправлены недостатки в теории превращения перлита и опровергнута теория сдвига мартенситного превращения. 21 С ХХ века Лю Цзунчан и др. опубликовали 260 более чем ста научных статей, подготовили и опубликовали учебники для вузов 8 изданий, научных трудов 11 изданий, полностью обновили принципы термической обработки металлов, то есть теоретическую систему фазовых превращений в твердом состоянии, и применили их в современном профессиональном обучении университетов, получив хорошие результаты.

Лю Цзунчан и др. 2003  В году подготовили и опубликовали новый учебник «Учебник по фазовым превращениям в твердом состоянии металлов», в котором были проведены первичные обновления пяти теорий превращений, которые были хорошо приняты преподавателями и студентами многих университетов. В связи с большими объемами продаж и широким применением в университетах 2011 В году было выпущено второе издание, и с развитием преподавания и научных исследований теория фазовых превращений была дополнительно обновлена. 20 В последние годы данная книга широко используется, а новая теория фазовых превращений в твердом состоянии постепенно получает признание и поддержку преподавателей и студентов многих университетов. В этом году (2020 года ) будет выпущено третье издание. Таким образом, новая теория фазовых превращений в твердом состоянии постепенно обновляется и применяется, претерпевая кардинальные изменения. Новая теория фазовых превращений в твердом состоянии металлов, то есть новая теория принципов термической обработки металлов, богата по содержанию, в данной статье приводится лишь краткое изложение ее основных положений.

4.1 Превращение переохлажденного аустенита представляет собой интегрированную систему

Согласно философии науки и техники ( Диалектика природы ) превращение переохлажденного аустенита в стали представляет собой интегрированную систему, а превращение перлита, превращение бейнита и превращение мартенсита являются тремя взаимосвязанными подсистемами. Превращение из высокотемпературной зоны в среднетемпературную и низкотемпературную зону представляет собой постепенный эволюционный процесс. Только применяя методы системной науки, можно научно и всесторонне понять особенности и внутренние механизмы этих фазовых превращений.

4.2 Различные способы перемещения атомов являются основной причиной P 、B、 M трех механизмов фазовых превращений

Фазовое превращение в твердом состоянии представляет собой процесс перестройки кристаллической решетки, а перемещение атомов является наиболее основным действием. Исследования показывают, что от высоких температур к низким температурам способы перемещения атомов различны и постепенно развиваются.

(1) При эвтектоидном распаде в высокотемпературной зоне атомы перемещаются диффузионно, при этом каждый атом перемещается на расстояние, большее или равное межатомному расстоянию. Преимущественно происходит диффузия по границам зерен, а диффузия в объеме является вспомогательной.

(2) Превращение бейнита в среднетемпературной зоне представляет собой полудиффузионное фазовое превращение, при котором атомы углерода диффундируют, а атомы железа и замещающие атомы не диффундируют, атомы некооперативно перемещаются в результате тепловой активации на границе раздела фаз, при этом каждый атом перемещается на расстояние, меньшее межатомного расстояния. Образование феррита бейнита представляет собой бездиффузионное фазовое превращение.

(3) Мартенсит в низкотемпературной зоне представляет собой бездиффузионное фазовое превращение. Все атомы коллективно и кооперативно перемещаются в результате тепловой активации, при этом каждый атом перемещается на расстояние, значительно меньшее межатомного расстояния, и перестройка кристаллической решетки происходит без диффузии.

4.3 Морфология и субструктура структуры постепенно развиваются

С 1864 года Сорби (Sorby) первого наблюдения перлитной структуры в стали; 1878 года , немецкими металлургами Martens и др. было обнаружено мартенсит закалки; 1930 годы Bain и др. в Федеральной сталелитейной компании США впервые напечатали микроструктурные фотографии бейнита. За последние полвека были проведены плодотворные исследования структуры перлита, бейнита и мартенсита в стали. Это значительно обогатило теоретическое содержание термической обработки металлов, направляло производственную практику и сыграло огромную роль в развитии цивилизации общества.

20 С конца ХХ века по 21 ХХI век, благодаря усовершенствованию, повышению точности и программному обеспечению контрольно-измерительного оборудования, значительно продвинулись наблюдение и анализ структуры. Экспериментальные исследования показали, : что морфология перлитной структуры, морфология бейнитной структуры и морфология мартенситной структуры постепенно развиваются по мере снижения температуры превращения. Их субструктура также постепенно развивается, например, субструктура перлита в основном состоит из субзерен и низкой плотности дислокаций; в то время как субструктура бейнитной структуры содержит субпластины, субединицы, в отдельных случаях двойники, а плотность дислокаций выше : Субструктура мартенсита характеризуется очень высокой плотностью дислокаций, дефектами упаковки и большим количеством мелких кристаллов; рис. 1 всесторонне демонстрирует постепенное развитие морфологии и субструктуры превращенной структуры переохлажденного аустенита по мере снижения температуры превращения.

Тщательное наблюдение и углубленное изучение структуры способствовали инновациям и развитию исследований теории фазовых превращений в твердом состоянии. Например, наблюдения с помощью высокоразрешающей электронной микроскопии наглядно показали ориентационные соотношения K-S аустенита и феррита; показали атомные изображения расположения кристаллических плоскостей и дислокаций; обнаружили субструктуру дефектов упаковки мартенсита в стали и т. д. Это способствовало инновациям, обновлению и развитию теории фазовых превращений в твердом состоянии.

4.4  Инновации в механизмах фазовых превращений

Исследовательская группа по фазовым превращениям в твердом состоянии Внутреннемонгольского университета науки и техники обновила механизмы превращения перлита, бейнита и мартенсита, создав новую теоретическую систему. Ниже приводится краткое описание нескольких новых механизмов фазовых превращений.

4.4.1  О механизме превращения перлита

В высокотемпературной зоне в зонах обеднения и обогащения углеродом, образующихся на границах зерен переохлажденного аустенита, одновременно выделяются феррит и цементит, образуя зародыши перлита в результате эвтектоидного распада, диффузии по границам раздела, конкуренции двух фаз и роста ступеней. «Межфазное осаждение» также является эвтектоидным распадом. Рис 2 Зародышеобразование перлита - Схема роста, Рис 2(a) Образование зон обеднения и обогащения углеродом на границах зерен в результате флуктуаций; Рис 2(b) Зародыш перлита (F+Fe ₃ C) Образуется на границе зерна; Рис 2(e) Представляет собой картину эвтектоидного распада феррита и цементита, наблюдаемую с помощью сканирующего электронного микроскопа; Рис 2(c)2(d) Рост зародыша; Рис 2(f) Представляет собой скопление перлита, только что образовавшееся, наблюдаемое с помощью просвечивающего электронного микроскопа.

4.4.2  Новый механизм превращения бейнита

В среднетемпературной зоне превращение бейнита имеет родство с объемным превращением. Флуктуации переохлажденного аустенита образуют зоны обеднения углеродом, и в этих зонах, расположенных преимущественно на границах зерен, образуются зародыши феррита бейнита (BF) . Атомы углерода диффундируют и накапливаются в аустените. Феррит не образует эвтектоид с цементитом. Рост происходит за счет некооперативного теплового активационного перехода атомов на границе раздела фаз. При выделении карбидов образуется бейнит с карбидами, а при отсутствии выделения карбидов образуется бейнит без карбидов. Рис 3 Схема некооперативного теплового активационного перехода атомов на границе раздела фаз, Рис 3(a) Представляет собой распределение энергии по обе стороны границы раздела фаз, Рис 3(b) Представляет собой перемещение атомов на границе раздела, вектор смещения каждого атома неодинаков.

4.4.3  Новый механизм мартенситного превращения

Новый механизм мартенситного превращения затрагивает многие аспекты, здесь будет кратко описана только Fe-C перестройка решетки при превращении аустенита сплава в мартенсит :

Мартенсит образуется преимущественно на границах зерен аустенита, две фазы K-S кооперативно растут, все атомы коллективно перемещаются под действием тепловой активации, расстояние перемещения атомов значительно меньше межатомного расстояния, векторы смещения неодинаковы, происходит перестройка решетки, как показано на рисунке 4。

Рис 4 показывает возможные положения атомов углерода в аустените или мартенсите. Известно, что в решетке аустенита с содержанием углерода 1.4 ω % в среднем на один атом углерода приходится приблизительно 4 элементарных ячеек. На рисунке показана пространственная K-S ориентация элементарной ячейки аустенита и элементарной ячейки мартенсита. На нем указаны направление и относительное расстояние переноса атомов углерода в элементарную ячейку мартенсита, очевидно, что расстояние перемещения значительно меньше межатомного расстояния, межатомное расстояние перемещения атомов железа также значительно меньше межатомного расстояния, и векторы смещения неодинаковы.

Более подробная информация приведена в книге «Новая теория принципов твердофазных превращений», дальнейшие пояснения не требуются.

4.4.4  Механизм образования поверхностных выступов

1924 года Bain и др. обнаружили на поверхности стальных образцов мартенситные поверхностные выступы, которые впоследствии послужили экспериментальным подтверждением механизма сдвига мартенситного превращения; Ко Джун и др. 1952 обнаружили наличие выступов на поверхности образцов бейнита, что привело к предложению механизма сдвига бейнитного превращения :2008 году Лю Цзунчан и др. на T8 поверхности образцов стали после вакуумного отжига обнаружили перлитные выступы, это важное открытие свидетельствует о том, что механизм сдвига утратит свою актуальность.

Поверхностные перлитные выступы показаны на рисунке 5 Как показали наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа, на поверхности не подвергнутых травлению образцов стали после вакуумной обработки присутствуют пластинчатые перлитные выступы. T8 Превращения перлита, бейнита и мартенсита являются превращениями первого рода, при которых происходит увеличение объема. Выступы обусловлены увеличением объема при фазовом превращении и имеют форму палатки

Λ ( а не ) N образную форму, и не обладают признаками сдвига. Рис Схема механизма образования выступов, Рис 6 6(a) показывает зерно аустенита диаметром D пересекающее поверхность образца; Рис 6(b) представляет собой анализ выпячивания пластин цементита и феррита в скоплении перлита в Z направлении; Рис 6(c) представляет собой образование морфологии пластинчатых перлитных выступов. Понятие трех превращений

4.4.5  Превращение перлита, бейнитное превращение и мартенситное превращение являются тремя важными разделами теории твердофазных превращений, научное наименование этих трех разделов очень важно. Однако дать им научное определение очень сложно,

в течение многих лет это не было полностью решено. 100多年来没有彻底解决。21 В течение столетия постепенно прояснялась сущность и характеристики этих фазовых переходов, что привело к появлению новых научных концепций.

(1) Перлитное превращение

В прежних публикациях отсутствовало определение превращения перлита; исходя из его характеристик, определение превращения перлита следующее: : Переохлажденный аустенит при Ar ₁ температуре одновременно выделяет феррит и цементит ( или карбиды сплава ) Двухфазное превращение перлитной структуры, являющееся диффузионным превращением первого рода, называется перлитным превращением. То есть эвтектоидное разложение в стали.

(2) Бейнитное превращение

Ранее в течение многих лет существовали разногласия между двумя школами относительно концепции бейнита, но ни одна из них не затрагивала концепции бейнитного превращения. Новая теория определения бейнитного превращения в стали приведена ниже: :

Бейнитное превращение в стали — это процесс, в котором бейнит-феррит (BF) зарождается - и растет, в качестве основного процесса, иногда выделяя цементит ( или ε - карбиды ) или образуя M/A острова, присутствует остаточный аустенит и другие фазы, образуя бейнитную структуру различных морфологий, что представляет собой превращение первого рода с переходными характеристиками, происходящее в переохлажденном аустените в среднетемпературной области.

(3) Мартенситное превращение

Ранее существовало множество концепций мартенситного превращения, но ни одна из них не была верной. Новая теория внесла следующие поправки: :

Исходя из характеристик мартенситного превращения, новое определение мартенситного превращения следующее: : Атомы претерпевают коллективное согласованное смещение без диффузии, осуществляя перестройку решетки, в результате чего образуется продукт превращения с жесткими кристаллографическими ориентационными соотношениями и плоскостями спайности, с очень высокой плотностью дислокаций или дефектов упаковки, или тонкозернистой субструктурой, этот процесс зарождения - и роста, являющийся превращением первого рода, называется мартенситным превращением.

5. Заключение

1) Любое природное явление имеет свой процесс возникновения, роста и совершенствования. Принципы термической обработки металлов совершенствовались в процессе научных исследований и производственной практики. Это 19 вторая половина ХХ века, возникновение, 20 рост в ХХ веке, 21 начало XXI века — путь к зрелости.

2) Принципы термической обработки металлов прошли примерно 160 лет исследований. Ученые из разных стран создали принципы термической обработки металлов, достигнув значительных успехов. Китайские ученые быстро наверстали упущенное, исправив недостатки и ошибки. Была создана новая теоретическая система, и в настоящее время китайская теория твердофазных превращений находится на передовом уровне в мире. Можно сказать, что это «капля в море» в контексте возрождения китайской нации.

3) Новая теория твердофазных превращений в металлах — это 20 конец ХХ века — начало XXI века, за 20  годы преподавания, научных исследований и производственной практики , постоянно обновлялась, совершенствовалась и углублялась. В итоге она была обобщена в таких работах, как «Мартенситное превращение», «Новая теория бейнитного превращения», «Новая теория принципов твердофазных превращений» и др. 20 В течение последних лет учебная практика показала хорошие результаты. Например, учебник «Учебник по твердофазным превращениям в металлах» успешно используется в учебном процессе уже около 20 лет и будет издано 3  издание.