本書共7章。首先介紹超細晶粒鋼的基本概念、分類、組織性能特點、研究現狀及應用領域，高碳鋼中的物相及顯微組織特性；其次，采用第一性原理方法計算鋼中碳化物的晶體結構及力學、電磁性能；最后，系統闡述超細晶粒高碳鋼不同的制備技術與組織性能。本書通過理論計算、數值模擬與實驗驗證相結合，較為全面深入地論述了各種超細晶粒高碳鋼制備方法的組織性能特征及優缺點，以期為超細晶粒鋼鐵材料在工業領域的推廣應用提供相關理論依據和實際指導。
本書可作為鋼鐵材料領域的工程技術人員、科研院所研究人員的參考用書，也可作為高等院校材料、機械類專業師生的教學用書。
熊毅，男，1975年8月出生于湖北當陽，博士，教授，博士生導師。河南省高校科技創新人才，河南省教育廳學術技術帶頭人，河南省高校青年骨干教師，河南省優 秀碩士論文指導教師，洛陽市優秀專家，洛陽市優秀科技杰出人才，焦作市創新創業領軍人才。1998年7月畢業于東北重型機械學院（燕山大學）熱加工工藝與設備專業，2001年1月畢業于燕山大學材料學專業獲工學碩士學位，2006年11月畢業于燕山大學亞穩材料制備科學與技術國家重點實驗室獲工學博士學位，2006年12月到河南科技大學材料科學與工程學院參加工作至今。2014年8月鄭州大學材料科學與工程博士后出站。 長期從事先進鋼鐵材料的制備與組織性能表征、鈦合金激光表面改性等方面的研究工作。近幾年來，主持國家自然科學基金、河南省高校科技創新人才項目、河南省科技廳重點攻關項目、河南省教育廳重點科研項目等10余項。在國內外期刊上發表論文120余 篇，被SCI收錄36篇，EI 收錄78篇。主編或參編教材4部，授權發明專利14項。獲河南省科技進步二等獎4項，河南省高校教學成果獎一等獎1項，河南省工業和信息化科技成果獎一等獎2項，焦作市科技進步一等獎2項，河南省教育廳科技成果獎二等獎1項。
第1章超細晶粒鋼概述
1.1超細晶粒鋼的基本概念1
1.2超細晶粒鋼的分類3
1.2.1鐵素體/珠光體鋼3
1.2.2貝氏體鋼4
1.2.3針狀鐵素體鋼4
1.2.4馬氏體鋼5
1.2.5貝氏體/馬氏體鋼5
1.3超細晶粒鋼的組織性能6
1.3.1鐵素體/珠光體鋼組織性能6
1.3.2貝氏體鋼組織性能7
1.3.3針狀鐵素體鋼組織性能7
1.3.4馬氏體鋼的組織性能9
1.3.5貝氏體/馬氏體鋼組織性能10
1.4鋼的組織細化理論與控制技術11
1.4.1鋼的組織細化理論11
1.4.2鋼的晶粒控制技術12
1.5超細晶粒鋼的應用現狀及進展15
1.5.1超細晶粒鋼的應用15
1.5.2超細晶粒鋼生產及應用中存在的問題16
1.5.3超細晶粒鋼的研究現狀及發展16
參考文獻17
第2章高碳鋼中的物相及顯微組織特性
2.1鐵-碳合金相圖20
2.1.1鐵-碳合金的組元與基本相20
2.1.2Fe-Fe3C相圖21
2.1.3鐵-碳合金的平衡結晶過程及組織23
2.2鋼的分類25
2.2.1按用途分類25
2.2.2按金相組織分類26
2.2.3按化學成分分類26
2.3合金元素在高碳鋼中的作用28
2.3.1Cr和Mn在高碳鋼中的作用28
2.3.2Si與Al在高碳鋼中的作用28
2.3.3V與Nb在高碳鋼中的作用29
2.3.4稀土元素在高碳鋼中的作用30
2.4高碳鋼中珠光體的組織形態及轉變30
2.4.1珠光體的典型形態與晶體學31
2.4.2珠光體的形成機制31
2.4.3亞（過）共析鋼珠光體組織轉變35
2.4.4高碳鋼中滲碳體的存在形式與作用36
2.5鋼中碳化物特性的理論計算與分析38
2.5.1密度泛函理論簡介39
2.5.2鐵碳化物晶體結構與電磁性能的理論計算47
2.5.3鐵碳化物的相穩定性53
2.5.4合金元素對滲碳體結構與電磁性能的影響55
2.5.5應力對滲碳體結構與電磁性能的影響58
參考文獻60
第3章大冷變形及退火后超細晶粒度高碳鋼的組織與性能
3.1大冷變形過程中珠光體鋼的組織演變與力學性能65
3.1.1預備組織65
3.1.2冷軋過程中珠光體的組織演化66
3.1.3冷軋過程中珠光體鋼力學性能的變化及合金元素的影響72
3.1.4合金元素對冷軋過程中珠光體鋼力學性能的影響74
3.2珠光體鋼大冷變形及退火后（α+θ）微復相組織的形成76
3.2.1大冷變形及退火后珠光體鋼（α＋θ）微復相組織的形成77
3.2.2合金元素對大冷變形及退火后珠光體鋼（α＋θ）微復相組織的影響78
3.2.3大冷變形后等溫退火過程中滲碳體的粗化行為81
3.2.4大冷變形及退火后Mn在鐵素體與滲碳體之間的分配85
3.3合金元素對冷軋后退火過程中滲碳體顆粒粗化行為的影響85
3.3.1碳化物形成元素的影響85
3.3.2非碳化物形成元素的影響89
3.4大冷變形及退火后珠光體鋼的力學性能92
3.4.1大冷變形后不同退火條件下珠光體鋼的力學性能92
3.4.2合金元素對大冷變形及退火后珠光體鋼力學性能的影響93
3.4.3大冷變形及退火處理條件下高碳鋼的強化機制98
參考文獻99
第4章珠光體鋼溫變形后微復相組織的形成與力學性能
4.1溫變形實驗與組織性能表征102
4.2溫楔橫軋前后的微觀組織分析105
4.2.1SEM分析105
4.2.2TEM分析106
4.2.3EBSD分析107
4.2.4XRD分析108
4.2.5AFM分析109
4.3溫楔橫軋層片狀珠光體鋼的力學性能111
4.3.1工程應力-應變曲線112
4.3.2常規力學性能112
4.3.3顯微硬度和納米壓痕硬度113
4.3.4微拉伸斷口形貌115
4.4溫變形條件下珠光體鋼中滲碳體的球化行為116
4.4.1熱壓縮變形不均勻性分析116
4.4.2滲碳體在離異共析轉變過程中的球化行為120
4.4.3滲碳體在珠光體區溫變形過程中的球化行為124
4.5溫變形制備超細晶粒高碳鋼的數值模擬131
4.5.1溫楔橫軋有限元模型131
4.5.2應變場模擬結果133
4.5.3應力場模擬結果137
4.5.4應變速率模擬結果141
4.5.5溫度場模擬結果143
4.5.6幾何形狀對比驗證145
4.5.7速度場及損傷度模擬結果145
4.5.8變參數分析148
參考文獻151
第5章ECAP方法制備超細晶粒高碳鋼的數值模擬與組織性能
5.1等通道角擠壓工藝概述154
5.2等通道角擠壓有限元模型建立及模擬結果156
5.2.1等通道角擠壓有限元模型建立156
5.2.2等通道角擠壓有限元模型的模擬結果157
5.3等通道角擠壓層片狀珠光體鋼的微觀組織161
5.3.1等通道角擠壓GCr15鋼的微觀組織161
5.3.2等通道角擠壓T8鋼的微觀組織163
5.3.3等通道角擠壓65Mn鋼的微觀組織167
5.4等通道角擠壓層片狀珠光體鋼的力學性能168
5.4.1等通道角擠壓GCr15鋼的硬度168
5.4.2等通道角擠壓T8鋼的力學性能168
5.5等通道角擠壓粒狀珠光體鋼的微觀組織171
5.5.1等通道角擠壓T8鋼冷變形后的微觀組織171
5.5.2等通道角擠壓T8鋼溫變形后的微觀組織174
5.6等通道角擠壓粒狀珠光體鋼的力學性能177
5.6.1等通道角擠壓T8鋼冷變形后的力學性能177
5.6.2等通道角擠壓T8鋼溫變形后的力學性能179
參考文獻181
第6章高應變速率變形制備超細晶粒高碳鋼的組織與性能
6.1激光沖擊強化技術183
6.1.1激光沖擊強化工藝183
6.1.2原始層片狀珠光體鋼LSP后的微觀組織185
6.1.3兩道次ECAP珠光體鋼LSP后的微觀組織186
6.1.4四道次ECAP珠光體鋼LSP后的微觀組織187
6.1.5不同道次ECAP珠光體鋼LSP后的力學性能189
6.1.6超細晶粒高碳鋼LSP沖擊后的組織性能191
6.2分離式霍普金森壓桿技術194
6.2.1分離式霍普金森壓桿工藝194
6.2.2原始層片狀珠光體鋼SHPB后的組織性能196
6.2.3原始粒狀珠光體鋼SHPB后的組織性能202
6.2.4兩道次ECAP珠光體鋼SHPB后的組織性能207
6.2.5四道次ECAP珠光體鋼SHPB后的組織性能208
參考文獻212
第7章超細晶粒高碳鋼的其他制備技術與組織性能
7.1表面機械研磨細化技術215
7.1.1表面機械研磨工藝原理216
7.1.2表面機械研磨高碳鋼的微觀組織216
7.1.3表面機械研磨高碳鋼的力學性能219
7.2高壓扭轉細化技術220
7.2.1高壓扭轉工藝原理220
7.2.2高壓扭轉高碳鋼的微觀組織222
7.2.3高壓扭轉高碳鋼的力學性能225
7.2.4高壓扭轉次數對超細晶粒高碳鋼組織和性能的影響226
7.3循環熱處理細化技術228
7.3.1循環熱處理工藝原理228
7.3.2循環熱處理工藝對高碳鋼微觀組織的影響229
7.3.3循環熱處理工藝對高碳鋼力學性能的影響230
7.4落球法細化技術232
7.4.1落球法工藝原理232
7.4.2落球法對高碳鋼微觀組織和力學性能的影響232
7.5TMCP制備超細晶粒高碳鋼的組織性能234
7.5.1溫變形對高碳鋼組織性能的影響234
7.5.2重度溫軋退火對高碳鋼組織性能的影響246
7.5.3循環變形對高碳鋼組織性能的影響249
7.5.4形變誘導相變對高碳鋼組織性能的影響254
參考文獻256
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