王 通， 徐 虹， 郭 寧， 王金國， 付 坤， 劉兆翔

(吉林大學(xué) a. 材料科學(xué)與工程學(xué)院；b. 教務(wù)處， 長春 130022)

參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的收獲與體會

王 通a， 徐 虹a， 郭 寧a， 王金國a， 付 坤b， 劉兆翔a

(吉林大學(xué) a. 材料科學(xué)與工程學(xué)院；b. 教務(wù)處， 長春 130022)

以“汽車用高強(qiáng)塑第3代薄板鋼的組織和力學(xué)性能”為題，申請了大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃。作者在參與過程中，提高了實驗開展所需的理論知識和基本能力，擴(kuò)展了科研方法和途徑，并成功發(fā)表論文等。獲得了知識、能力、態(tài)度的多方面提高，對今后的學(xué)習(xí)、科研及工作都有重要意義。該項工作獲得了國家級優(yōu)秀項目，并以此過程的收獲與體會說明高校創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的重要性。

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃； 提高； 論文； 收獲

0 引 言

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃是本科生個人或團(tuán)隊在導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性研究項目設(shè)計、研究條件準(zhǔn)備和項目實施，研究報告撰寫、成果(學(xué)術(shù))交流等工作[1]。大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃是“質(zhì)量工程”的重要組成部分，全面開展大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃正是進(jìn)一步提高本科教學(xué)質(zhì)量和大學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要手段[2]。以參加大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目為契機(jī)，從接觸、了解到熟練和創(chuàng)新，不斷更新我們的認(rèn)知，以不受傳統(tǒng)科研理念牽制的開放性思維為基礎(chǔ)，培養(yǎng)面對科研的專業(yè)素質(zhì)，最后成果以論文形式體現(xiàn)，且均被錄取，取得了喜人的成果。

1 創(chuàng)新實驗項目簡介

本創(chuàng)新訓(xùn)練項目組以“汽車用高強(qiáng)塑第3代薄板鋼的組織和力學(xué)性能”為題，成員為5名材料成型及控制工程專業(yè)本科生和1位指導(dǎo)教師。出于汽車輕量化、碰撞安全性以及降低成本等全方面考慮，美國學(xué)者在2007年首次提出了第3代汽車用高強(qiáng)度鋼(AHSS)的構(gòu)想，其力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)成本處于第1代汽車用AHSS和第2代汽車用AHSS中間[3-4]，彌補(bǔ)了第1代AHSS和第2代AHSS各自的缺點。第3代汽車用AHSS主要是指淬火-配分鋼，即Q&P(quenching and partitioning)鋼，如今國內(nèi)外研究多集中于熱處理工藝，而其塑性變形對組織和力學(xué)性能影響的研究較少，因此有必要針對此處開展研究。

Q&P鋼最典型的組織是僅包含馬氏體基體和殘余奧氏體，若奧氏體化處理不充分則獲得包含馬氏體、鐵素體和殘余奧氏體的復(fù)合組織。對于Q&P鋼來說，殘余奧氏體含量及其碳含量十分關(guān)鍵。在塑性變形時，殘奧會發(fā)生相變生成馬氏體，相變誘發(fā)塑性，即具有很明顯的TRIP效應(yīng)，可同時提高強(qiáng)度和塑性[5-6]。本實驗以Q&P 980為研究對象，綜合運(yùn)用TEM、XRD、拉伸試驗機(jī)等測試手段研究Q&P 980鋼的力學(xué)性能和組織成分，設(shè)定拉伸參數(shù)及條件，分析變形過程中組織對性能的影響，探索Q&P 980鋼的強(qiáng)塑性機(jī)制。另外，奧氏體在TRIP效應(yīng)前所起作用也是本項目的研究目標(biāo)。

為能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，關(guān)鍵是獲得不同塑性變形條件下的微觀組織形貌，難點是殘余奧氏體的精確測量，重點研究馬氏體與位錯密度變化的關(guān)系。本組導(dǎo)師徐虹老師從選題之初便著重培養(yǎng)我們主動思考的意識，主動掌握相關(guān)專業(yè)知識，告誡我們要自覺發(fā)現(xiàn)并解決問題，步步為營，不可避重就輕。并定期組織討論，交流所遇問題，提出解決辦法和依據(jù)，分析可能性，很大程度提高了成員的主觀能動性[7-8]。倡導(dǎo)在相關(guān)文獻(xiàn)中汲取經(jīng)驗，學(xué)習(xí)方法，取長避短，須求甚解，在掌握相當(dāng)知識后尋求創(chuàng)新途徑更好、更精準(zhǔn)解決問題。要求我們精細(xì)制定計劃，從理論討論每一步計劃的可行性及準(zhǔn)確性。對于初入實驗室的本科生，老師要求我們從基礎(chǔ)學(xué)起，掌握實驗開展所需基本技能，熟練各種圖像及數(shù)據(jù)處理軟件及其結(jié)果的分析。在這種嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實的氣氛下，每個成員的能力與見識都得到長足進(jìn)展。

2 提高與感悟

從2015年4月開始申報項目，包括之前的準(zhǔn)備工作，時至今日，已經(jīng)走過了1年多的歷程，從開始的憧憬，也經(jīng)歷過遇到問題時的無奈、低落，取得進(jìn)展時的滿心歡喜，獲得知識的萬千感慨。在這條道路上，項目成員使出了渾身解數(shù)，付出了大量的時間與精力，但求醞釀出一個好的結(jié)果，獲得自身的沉淀與升華。

2.1 理論知識和基本能力的提高

創(chuàng)新是科學(xué)精神的精髓，要求一切從實際出發(fā)，正確把握客觀事物的本質(zhì)和規(guī)律[9]。創(chuàng)新總是依托一定的專業(yè)理論知識和經(jīng)驗，要在一定的科研背景之上繼承發(fā)展[10]。課堂上所學(xué)知識難以滿足實驗開展的理論需求，為此，老師準(zhǔn)備了許多有關(guān)背景知識、實驗儀器用法、實驗圖像及數(shù)據(jù)解析、軟件使用的書籍，要求我們負(fù)責(zé)不同部分的成員盡快掌握所需知識和技能。以透射電鏡圖像的分析為例，配合老師深入淺出的講解，我們從大量資料中博觀約取，掌握不同方法成像的原理，進(jìn)而更好地從不同方法得到的圖像中獲取不同的信息，例如在明場像觀察組織樣貌和位錯，電子衍射圖像用來確定取向，有利于在微觀角度上分析和對比，使信息最大化。以各種既得圖像練習(xí)分析，確保結(jié)論的正確性。

第3代汽車用AHSS研究至今，已經(jīng)有規(guī)律可循，均采用在高強(qiáng)度基體(BCC)的基礎(chǔ)上，獲得一定量穩(wěn)定的殘余奧氏體(FCC)的基本機(jī)制來提高其綜合力學(xué)性能。Q&P工藝雖然早已被發(fā)現(xiàn)[11-12]，但因其強(qiáng)塑機(jī)理研究尚未完全明朗，并未大量應(yīng)用到汽車行業(yè)中。同作為第3代AHSS的中錳鋼強(qiáng)塑機(jī)理日趨成熟，于2015年，寶鋼第3代汽車用鋼中錳鋼已實現(xiàn)材料和零件雙全球首發(fā)，其性能良好。通過學(xué)習(xí)國內(nèi)外學(xué)者研究中錳鋼的經(jīng)驗、理論和方法，加以辨析，靈活滲入到既定思路中，及時調(diào)整實驗方案，做最有效的努力。但其中也有例外，中錳鋼在單向力學(xué)性能試驗中所體現(xiàn)出的TRIP效應(yīng)在形變后期并不明顯[13-14]，而實驗試樣鋼所得結(jié)論卻是TRIP效應(yīng)伴隨整個變形的發(fā)生，后分析認(rèn)為，中錳鋼中的奧氏體穩(wěn)定性分級，穩(wěn)定性較低的先發(fā)生TRIP效應(yīng)。

創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力來源于課堂和理論，更在于課堂之外的親身體驗和具體的實踐操作[15]。對于初入實驗室的我們，從制作試樣到圖像和數(shù)據(jù)分析都是陌生的，充滿新鮮感的同時，也意味著挑戰(zhàn)。研究生學(xué)長給我們講解每一步的要點和注意事項，并親自演示，使我們很快融入實驗室氛圍中。制作試樣的熟練過程是漫長的，切樣、磨樣、拋光、腐蝕、保存等每一步都會影響到最后圖像的觀察效果。另外，不同的觀察設(shè)備需要不同的試樣處理。確保試樣的厚度，腐蝕程度，保存效果達(dá)到各設(shè)備觀察所需的最佳要求。

整個實驗的過程，就是不斷學(xué)習(xí)和自我提高的過程。既鞏固了基礎(chǔ)知識，又切實體驗到如何將書本知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，真正得到了鍛煉和提高。

2.2 方法和途徑的擴(kuò)展

課堂上所能接觸到的實驗方法大多是原理性質(zhì)，對于一些細(xì)節(jié)問題，還需要動腦來解決。在制作觀察試樣的過程中，需要將線切割后的受拉變形薄片固定在某一易持物體上進(jìn)行磨樣和拋光，之前的研究生將其粘結(jié)在圓柱鐵塊上，實際操作較笨重，不易控制力度并且粘結(jié)并不牢固，容易損傷而影響觀察質(zhì)量。組內(nèi)成員嘗試過瓶蓋、硬幣等，最后在網(wǎng)上購置樹脂，遵循用法配比，最后成功獲得質(zhì)量輕，粘結(jié)牢的易持圓柱體樹脂塊。這一方法的成功不但提高了實驗效率，還使我們增強(qiáng)了信心，向更好融入實驗室又邁近了一步。

除了查閱紙質(zhì)資料外，老師還建議我們使用網(wǎng)絡(luò)途徑，利用學(xué)校的公共網(wǎng)絡(luò)和圖書館管理系統(tǒng)可以在各大網(wǎng)絡(luò)平臺上獲得免費(fèi)的資源，但有些國外資源并不能在國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)平臺上獲得，為從國外學(xué)者的研究中獲得更全面的信息，通過使用代理服務(wù)器來查閱和學(xué)習(xí)國外最新成果，并通過翻譯大量的英文文獻(xiàn)，不僅提高了專業(yè)英語能力，還及時發(fā)現(xiàn)了相關(guān)問題，避免走錯路與彎路。

雖然以前接觸過各類數(shù)據(jù)分析及制圖軟件，但是僅處在練習(xí)范疇，并未應(yīng)用到實際中。實驗過程中的拉伸試驗機(jī)、SEM、TEM等設(shè)備配合相應(yīng)軟件，本身具有圖像處理功能，但在數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)化應(yīng)用上略顯不足。為獲得更直觀，更有說服力的表達(dá)形式，我們使用了Qrigin工程制圖軟件。其操作相對于Matlab簡單，并且本實驗所得力學(xué)性能的數(shù)據(jù)并不需要經(jīng)過復(fù)雜的計算。其可以自編程序和模板，為了方便不同塑性變形條件下的數(shù)據(jù)同時分析和對比，我們自行設(shè)計了表達(dá)最清楚的圖形樣式。用X射線衍射(XRD)來測試不同形變量的試樣，檢測奧氏體在變形過程的含量變化，直觀地對試樣的XRD圖譜中的奧氏體衍射峰進(jìn)行觀察。XRD用來分析物質(zhì)構(gòu)成是眾所周知的，但在這個過程中只依靠XRD是不能完成的，還需要XRD分析軟件Jade的協(xié)助。另外還需要在Jade軟件里導(dǎo)入PDF卡片，Jade才能開始檢索。得到了XRD曲線，對其進(jìn)行標(biāo)定分析后需要用到其曲線圖，但我們發(fā)現(xiàn)，Jade本身導(dǎo)出的曲線并不理想，不夠美觀與直接。查閱相關(guān)資料后，將原始數(shù)據(jù)存入到Origin，將多組測得數(shù)據(jù)整合到同一坐標(biāo)系下，進(jìn)行標(biāo)注和分析，最終得到易于觀察、對比的XRD曲線圖。這些都是在接觸大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目之前所未能了解的，讓我們對實驗的了解并不只停留在書本認(rèn)知的層面，實際的過程是相當(dāng)繁瑣、復(fù)雜的，但我們不懼困難，以飽滿的熱情迎接一個又一個挑戰(zhàn)。

2.3 文章的初次發(fā)表

隨著實驗的不斷進(jìn)行，不僅獲得了知識，還收獲了一個又一個的結(jié)論。老師按照計劃要求我們撰寫論文，對毫無文章發(fā)表經(jīng)驗的本科生而言，我們依然是在學(xué)習(xí)和改進(jìn)中摸索前進(jìn)。在之前閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，配以老師耐心的指導(dǎo)，還有我們的不斷修正和完善，組內(nèi)成員為第一作者的三篇綜述性文章在2016年1月份前后投稿，目前都已經(jīng)錄用，一篇已經(jīng)發(fā)表，有兩篇正在編輯老師要求下處在修改中。其中，《高強(qiáng)低密度鋼的研究現(xiàn)狀》《TRIP效應(yīng)主要影響因素的研究》(已發(fā)表)投稿在《汽車工藝與材料》期刊，《中錳鋼ART退火工藝強(qiáng)塑機(jī)制的研究》投稿在《熱加工工藝》期刊。另外本項目還有一篇實驗性論文正在醞釀。語言不夠?qū)I(yè)、精準(zhǔn)導(dǎo)致文章冗長，版面也稍顯隨意。經(jīng)老師指出，改稿多次，終于成功被錄用，雖然幾經(jīng)坎坷，但這給了我們莫大的鼓舞和信心，確是收獲不菲。

2.4 合理的分工與時間安排

早在立題之初，老師便依據(jù)每個成員的能力特點，分配了相應(yīng)的任務(wù)重心。動手能力強(qiáng)的同學(xué)把工作重點放在試樣的制作上；計算機(jī)基礎(chǔ)好的同學(xué)主要負(fù)責(zé)各種軟件的處理；思維縝密的同學(xué)負(fù)責(zé)文獻(xiàn)查閱。使每個成員的能力得到相應(yīng)發(fā)揮，優(yōu)勢互補(bǔ)。而每個成員都會參與到計劃的制定、修改與結(jié)論的分析，發(fā)揮集體的智慧與力量，同時也不至于環(huán)節(jié)脫落。不僅提高了成員的參與度，也給每位成員發(fā)揮的自由度，使每個成員都能全程全身心地投入。

合理的時間安排是實驗按期完成的必要保證。本實驗的一大特點就是實驗室任務(wù)繁雜，待處理試樣頗多，且需要參與者的親身實踐操作，理論分析的重點集中在后期的結(jié)論部分，這要求我們對實驗操作必須有一定的熟練度。為避免因不確定因素引起的進(jìn)程耽擱，制定的進(jìn)度都涵括了提前量。最終，即使遇到了操作失誤、設(shè)備問題、考試月等波折，實驗依然有條不紊地如期進(jìn)行。

3 結(jié) 語

大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目是大學(xué)生課堂外的延伸，把握住此次難得的科研經(jīng)歷，對以后無論走向科研或工作崗位都大有益處。可以從3個方面概括收獲：獲得了比課堂所授更精細(xì)、專業(yè)的知識，不僅擴(kuò)展層面，還有助于對所授知識更深入地理解；增強(qiáng)了撰寫論文、軟件處理、實驗操作、文獻(xiàn)查閱等多方面能力，綜合提高自身素質(zhì)；學(xué)到了創(chuàng)新、嚴(yán)謹(jǐn)、主動、好奇、守時、熱情等正確對待實驗的態(tài)度，以堅持不懈的努力來出色完成這次實驗。

創(chuàng)新能力是新世紀(jì)人才的核心競爭力[15]，對于本科生而言，早一些親身接觸科研從而培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力是至關(guān)重要的。全面開展大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃是進(jìn)一步提高本科教學(xué)質(zhì)量和大學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要手段[16]。感謝創(chuàng)新實驗項目給予我們這次難能可貴的機(jī)會，我們應(yīng)當(dāng)深入思考，反省不足，再接再厲，以全新的自己迎接更大的挑戰(zhàn)。

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Harvests and Experience of Participating in College Students’ Innovative Training Project

WANGTonga，XUHonga，GUONinga，WANGJinguoa，F(xiàn)UKunb,LIUZhaoxianga

(a.College of Materials Science and Engineering; b.Dean’s Office, Jilin University, Changchun 130022, China)

The “Structure and Mechanical Properties of the 3rd Generation Advanced High Strength Steel (AHSS)” is taken as a project to apply for college students’ innovative training project. The authors all joined the project. In the process, the authors’ theoretical knowledge and basic skills were improved; the approaches and means of scientific research were extended; several research papers have been published. With the knowledge, ability and attitude enhanced on all fronts to our teammates, it has important significance for us in the future study, research or work. Eventually we won the national excellent project, and the importance of innovative training project has been proved by the harvests and experience in the process.

college students’ innovative training project; improvement; research papers; harvests

2016-04-12

吉林省科技發(fā)展項目(20130102021JC)；吉林大學(xué)2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃國家級(優(yōu)秀)項目(2015430451)

王 通(1995-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科生，主要研究方向:汽車輕量化。

Tel.：15104455671；E-mail：WangTong4916@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)03-0193-03