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1、相变研究及材料形态学徐祖耀上海交通大学材料科学与工程学院形核理论除籍特殊条件下，直接由起伏长大的Spinodal分解外，材料相变均以形核为开端。在均匀形核理论中，对起伏形核，按统计热力学，(Landau和Lifshitz)获得n个原子组成新相集团的几率Pn，决定于形核集团的最低可逆功△Gn，即Pn∝exp[―△Gn/kT]其中k为Boltzman常数。由此式得每摩尔平衡集团的大小分布，Nne：Nne=NAexp[―△Gn/kT]其中NA为Avagadro常数。固态相变一般以母相中的缺陷（晶界，位错等）形核
2、，属非均匀（非均质）形核。经典形核理论在近百年来被广泛应用，颇见成效，但也频受质疑。其形核率的基本方程不但难于求解，所得结果也往往不符合实验数据。非均匀形核由于实验情况难于描述清楚，形核率的计算颇有难度。Kelton在1991年的论文（SolidStatePhysics）中瞻望研究“非稳态形核率”（按数学，形核率为时间的函数时即为非稳态形核）上世纪末，欧洲兴起同步辐射强X射线衍射三维仪、以测定一个晶粒（亚晶）内的相变。Offerman等（Science,2002）以此设备测得钢中奥氏体→铁素体相变非均匀形
3、核（晶界形核）相界能要比经典理论预测的小二个数量级或以上，即小于经典理论中二倍数量级的驱动力即能晶界形核。本文作者对此及时给以关注（2004年全国相变及凝固学术会议的大会报告）2007年他们又发表兼具理论分析和实验的论文（ActaMater）,阐明C35钢（0.364C-0.656Mn-0.305Si）中γ→α，当达一定过冷度（如30度）1003K时呈显无形核能垒的晶界形核,宜予重视。其他如相变热力学，新相长大理论，动力学（包括相场理论），晶体学和形态学等均有待深入、创新，衷心盼望我国学者多作贡献Rela
4、tiveGibbsfreeenergyc(n)=DG(n)/kBTforaclusteroftheferritephaseinC35steelasafunctionoftheclustersizenatseveraltemperatures.BoththemaximumrelativeGibbsfreeenergyc*andthecriticalclustersizen*significantlydecreaseforlargervaluesoftheundercoolingA3－T发展《材料形态学》材料
5、组织对性质的影响是材料科学与工程的核心。材料科学的发展和材料的实际应用都需要《材料形态学》（MaterialsMorphology）,其内容包括：材料中不同组织形态的归纳和表征不同组织形态的成因组织形态对性质的影响，这对应用紧密相关，宜制成软件供材料设计者参考运用。钢中珠光体的形态对力学性质的影响设珠光体的片间距为S，高度为ω，向长大方向推进距离dx时，形成珠光体体积应为S•ω•dx,质量为ρ•S•ω•dx（ρ为密度）。设Fe3C/α间的表面能为σ，形成珠光体时新增表面面积为2dx•ω，则新增界面能σ•2
6、dx•ω。Zener（1946）假定相变驱动力用于所需的界面能，则可求得S与过冷度△T之间的线性关系。结合Kramer等工作，拙著《金属材料热力学》（P.281-282）中列出：S•△T=6×10-4cm.℃(1)根据Marder和Bramfitt，得：S•△T=8.026×104Å℃(2)由他们的实验，得珠光体钢的屈服强度σys和断裂强度σfs为：σys（MPa）=139+46.4S-1（S：μm）σfs（MPa）=436.4+98.1S-1（S：μm）代入（1）或（2）式则可算得△T对σys和σfs的
7、影响。马氏体形态对钢的力学性质的影响R.A.Grange,Strengtheningsteelbyaustenitegrainrefinement,Trans.ASM.,1966,59(1):26-48对8650，4340和4310钢作出马氏体屈服强度和原奥氏体晶粒大小的-1/2方呈线性Hall-Petch关系，见拙著《马氏体相变与马氏体》第二版图3-99。条状马氏体显微组织的示意图图录自H.Kitahara,R.Ueji,N.Tsuji,Y.Minamino，Crystallographicfeatur
8、esoflathmartensiteinlow-carbonsteel，ActaMater.，2006,54:1276-1288中，P1283，Fig.4图录自S.Morito,H.Tanaka,R.Konishi,T.Furuhara,T.Maki，ThemorphologyandcrystallographyoflathmartensiteinFe-Calloys，ActaMater.，2003，51：1789-1799，
