奥氏体/铁素体的相界面迁移行为一直是近代物理冶金领域研究的热点问题。早期，为了定量描述铁素体长大动力学，人们先后提出了扩散控制和界面控制模型，前者认为界面的迁移只受到母相中合金元素的扩散控制，视界面的本征迁移率为无限大，后者则相反。然而对于实际的配分型相变而言，界面的本征迁移率和溶质原子的扩散均不会是无限大，因此后人提出了混合控制模型，即认为界面迁移的速率同时决定于界面处的净化学驱动力及本征迁移率。该模型在描述Fe-C及Fe-C-X多元体系中奥氏体-铁素体相变行为方面取得了满意的结果。

        界面本征迁移率是联系界面迁移热动力学问题的重要桥梁，为确定其值，学术界在过去开展了大量实验工作，尤其是针对块状转变过程中的非共格界面，目前已基本确定其迁移激活能大小，而关于指前因子依然存在较大的不确定性。另一方面，相比于非共格界面，半共格界面的本征迁移率却鲜有报道。事实上，揭示半共格界面的本征迁移率对于人们进一步理解切变型相变机制及其界面迁移行为（如魏氏体、贝氏体的形成）具有重要意义。

        近日，清华大学材料学院董浩凯博士生与日本东北大学Furuhara教授团队合作，提出了定量估算界面本征迁移率的新方法。不同于传统理论模型对实验结果的拟合，他们利用高精度、高空间分辨率的场发射电子探针显微分析技术（FE-EPMA）直接测量Fe-C二元合金中生长晶界铁素体和魏氏体铁素体界面处的碳含量，从而确定了界面处的总能量耗散。基于界面移动速度与能量耗散的线性关系，该方法可定量估算不同界面性格的本征迁移率，并同时获得切变型相变过程中由切应变引起的能量损耗。相关结果以“ A comparative study on intrinsic mobility of incoherent and semicoherent interfaces during the austenite to ferrite transformation” 为题发表在期刊Scripta Materialia。

        影响铁素体长大动力学的本质因素是奥氏体一侧碳的浓度梯度。界面奥氏体一侧碳浓度偏离平衡态意味着界面处存在能量耗散，其值等于置换型元素在两相中的化学势差。

        通过EBSD确定AF（晶界铁素体）的长大界面通常为非共格的non K-S界面，WF（魏氏体铁素体）的长大界面则为半共格的K-S界面。EPMA定量分析表明WF界面处的碳浓度显著偏离于平衡值。

        对于AF与WF，其界面处的碳浓度随着相变的进行均呈增加趋势；相反，界面处的能量耗散则随之减小。值得注意的是WF界面处的能量耗散值显著高于AF，且随着温度的降低而增大。

        半共格界面的本征迁移率远小于非共格界面，后者与温度的关系遵循Arrhenius关系。伴随WF切变长大产生的能量耗散约为20J/mol，其对界面迁移速度的影响远小于本征迁移率。

        本工作在定量上揭示了奥氏体/铁素体相界面的共格性对本征迁移率的影响，丰富了固态相变理论，同时可为工业界钢的组织调控和性能优化提供理论指导。阐明半共格界面本征迁移率与温度的关系以及相变过程中应变能的变化问题将会是相变领域新的挑战。相信随着物理冶金知识及表征技术的不断丰富，这些问题定将拨云见日。

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原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646220304462