组织特征及性能

组织特征及性能（精选10篇）

组织特征及性能 篇1

随着世界经济的飞速发展,对石油、天然气的需求量日益增加。管道运输作为长距离输送石油、天然气最经济合理的运输方式,在近40年取得了巨大的发展。目前,油气管道特别是天然气管道的重要发展趋势是采用大口径、高压输送及选用高钢级管材。实践表明,每提高1个钢级,可节约管道建设成本7%～10%。近年来,已建和在建的X80钢级的管道总计已接近10000km,X100和X120钢级也相继研制成功,处于试用推广阶段。举世瞩目的西气东输二线工程大规模使用X80钢管,使我国高钢级管线钢的生产和管道建设提高到一个新的水平[1]。此外,随着冶金技术的进步,尤其是管线钢的设计和生产过程中采用了冶金数学、清洁生产、过程智能控制等高新科技,通过微合金化、超纯净冶炼和现代控轧、控冷技术,已能够提供超纯净度、超均匀性和超细晶粒的具有优良强韧特性的管道钢材。管线钢已经成为低合金高强度钢和微合金化领域内最富有活力、最具有研究成果的一个重要分支。

1 管线钢微观组织特征与强韧性能关系的研究及必要性

管线钢应用于各种不同的气候环境,因此要具有抵抗各种恶劣服役条件的能力,如高的强度和韧性、低的韧脆转变温度、良好的焊接性能和耐腐蚀性等。目前,高钢级管线钢由于采用超低碳、微合金化和控轧控冷等先进技术,强度水平有了显著提升,但是获得优良的强韧性能匹配显得尤为重要。一般而言,金属材料的性能是由内部的微观组织特征决定的,而管线钢之所以具备高强韧性能,与其良好的微观组织特征密切相关。随着钢级的提高,管线钢的微观组织有相应的演变:X70管线钢由均匀细小的铁素体构成;X80管线钢由针状铁素体和上贝氏体组成;X100管线钢由粒状贝氏体及含有的M/A小岛组成。此外,晶粒细化和弥散的第二相亦是提高管线钢强度的重要手段[2]。然而高钢级管线钢微观组织特征非常复杂,如晶粒形状和尺寸、相组成、相形态和分布、晶界特征分布以及织构和晶粒取向等。其中,晶粒尺寸是影响材料性能的重要因素。研究表明,细小的晶粒可以提高材料的强度和改善材料的塑性和韧性。晶粒尺寸可以作为一个衡量管线钢综合力学性能的重要指标。

此外,管线钢中由于合金元素含量高且频繁出现超大尺寸夹杂物和带状组织,在实际应用中存在很多问题(见图1)。如在西气东输二线X80钢管生产检验过程中发现,个别批次X80管线钢存在超大尺寸非金属夹杂物,而参照标准[3,4],该管线钢性能符合标准规定。超大尺寸夹杂物对管线钢综合性能特别是强韧性有多大影响,还不得而知。文献调研表明,国内外尚未针对高钢级管线钢的微观组织特征与强韧性能的关系建立一套完整的研究体系。因此急需研究高钢级管线钢的微观组织特征,尤其是晶粒尺寸、非金属夹杂物、带状组织与材料强韧性能的关系。

2 管线钢微观组织特征的研究进展

2.1 晶粒尺寸

晶粒尺寸(晶粒度),是指晶粒尺寸大小的量度。传统的晶粒度测试方法是使用化学试剂腐蚀出晶界来区分不同的组织,并通过与标准评级图对比来评定晶粒度级别。但是使用传统方法对晶粒度进行测量,经常会有某些组织难以显示出来,特别是管线钢,其组织十分复杂,如Smith Y E等[5]认为X80中的针状铁素体,通常显示为独特的不规则形状,晶粒大小不等,相互之间的位相关系不定,呈混杂分布状态,这就使得通过传统方法评定出的晶粒度往往不准确,并不能很好地反映材料的性能。对管线钢的研究表明[6],钢中重要的组织单元是有效晶粒。针状铁素体组织之所以拥有极好匹配的力学性能,是因为一方面来自于晶粒的细化,包括奥氏体的细化;另一方面来自于有效晶粒。一般情况下,有效晶粒是通过由电子背散射衍射(EBSD)所确定的组织中的“晶体学单元”和由夏比V型缺口冲击(CVN)试验的裂纹扩展路径及解理面单元所确定的“形貌单元”来确定的。在管线钢中有效晶粒定义为晶界取向差大于15°的晶粒,具有大于15°晶界取向差的晶粒表征了控制材料断裂的组织单元,决定着材料的强韧性。采用有效晶粒尺寸替代传统晶粒度评定方法,突破了传统方法的不足,评定出的晶粒度能准确反映材料的性能,使组织结构与性能可以更好地对应起来。

2.2 非金属夹杂物

钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅化物、硅酸盐或氮化物称为非金属夹杂物。它们是钢在冶炼过程中加入脱氧剂而形成的氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化物、氮化物,以及炉渣或耐火材料来不及排出而留在钢中[7]。非金属夹杂物常作为衡量钢质量的重要指标,其类型、组成、形态、含量、尺寸、分布等各种状态因素都对钢性能产生影响。高惠临等[8]认为非金属夹杂物可使管线钢的韧性降低,韧脆转变温度升高,并且夹杂物在轧制过程中发生形变可导致材料在横向和厚度方向上的韧性严重恶化。Carneiro R A等[9,10]证明在大多数情况下,氢致开裂(HIC)起源于夹杂物,而硫化物应力开裂(SS-CC)的形成与HIC的形成密切相关。黄一新等[11]研究表明X70管线钢中的大量的硅酸盐类夹杂物影响着管线钢DWTT合格率。熊庆人等[12]分析了国产X70管线钢断口分离现象的产生机理,发现管线钢中夹杂物与脆性带状组织造成沿轧制方向铁素体界面的弱化,从而导致断口分离。

随着钢洁净度的提高,钢中大尺寸的非金属夹杂物出现几率很低,洁净高强钢中的夹杂物由少量大尺寸夹杂物和一些小尺寸夹杂物组成。夹杂物的尺寸对承受负载的钢件的可靠性和性能都有重要的影响。大量的实验结果表明,构件在循环应力作用下,裂纹首先在夹杂物或其它缺陷处萌生,且疲劳失效最可能发生在最大夹杂处。因此,高钢级管线钢中最大尺寸夹杂物的评估有助于预测钢的力学性能和根据夹杂物的尺寸估量使用过程中潜在的危险和评估炼钢过程。

2.3 带状组织

钢中的带状组织沿轧制方向形成,以先共析铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态,是钢材中常出现的缺陷性组织。它是铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长,并逐渐与变形方向一致而形成的。钢材成分偏析越严重,形成的带状组织越严重。由于相邻带的组织不同,它们的性能也不同,导致产生应力集中,总体力学性能下降,并且有明显的各向异性。周琦等[13,14,15]研究表明,带状组织对管线钢的主要危害是降低了其抗腐蚀性能。

2.4 研究局限性及解决方案

如上所述,有效晶粒尺寸、非金属夹杂物及带状组织是衡量管线钢力学性能特别是强韧性能的重要指标。但是目前对于高钢级管线钢,其微观组织特征有以下2个问题悬而未决:第一,如何根据检测到的有效晶粒尺寸、夹杂物的形态及尺寸和带状组织的级别等微观组织特征参数准确预测管线钢的性能;第二,不影响高钢级管线钢性能的有效晶粒尺寸的临界值、夹杂物临界尺寸和带状组织临界级别应该是多少?为此,长期以来材料工作者从宏观力学性能测试与理论计算的角度做了大量工作,但至今未得到满意结果。笔者认为,通过如下研究思路可得到令人满意的结果。

(1)采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究高钢级管线钢的有效晶粒尺寸及有效晶粒尺寸与材料性能的对应关系。

(2)采用原位观测技术研究高钢级管线钢夹杂物与带状组织的微观力学行为,从微观角度解释夹杂物形态、尺寸和带状组织级别等特征参数对裂纹萌生与扩展有何影响。

3 EBSD技术在管线钢晶粒尺寸研究中的应用

3.1 EBSD技术简介

EBSD(菊池花样)是采用扫描电子显微镜中背散射电子衍射的菊池花样来确定晶体方位的分析方法,可以提供样品表面某一点的晶体学取向参数,对材料内部的晶界特征、晶体取向、微观织构、物相鉴定等进行统计分析。与传统的分析技术相比,EBSD有几大优点:(1)将显微组织与结晶学之间直接联系起来;(2)能快速和准确地得到晶体空间组元的大量信息;(3)能以比较广泛的范围选择任意视野。EBSD拥有如此广泛的材料分析能力及诸多优点,使其被用于多方面的工业环节和研究领域。

目前,利用EBSD对管线钢进行的研究多集中在以下几个方面:管线钢中的相含量和相分布、第二相尺寸及所占比例、位相差分布图、有效晶粒尺寸及其分布和应变的等高线等。

3.2 EBSD技术研究管线钢晶粒尺寸的必要性及可行性

EBSD技术是测量管线钢有效晶粒尺寸最理想的工具[16]。Dia-Fuents等[17,18]利用EBSD研究了针状铁素体组织的韧性行为,分析了与一60℃CVN试样相对应的最小裂纹反射角,发现脆性裂纹只有在取向差为15°及以上晶界才发生较显著的反射。由此可见,有效晶粒(晶界大于15°的晶粒)是管线钢中真正对强韧性有贡献的微观组织。

王伟等[19]使用EBSD技术研究发现,X90比X70拥有更细小的有效晶粒尺寸。小的有效晶粒尺寸通过晶界强化增加了材料的强度,而且可以使解离断裂扩展路径变得更加弯曲,从而一定程度上提高了材料的韧性。Sang Yong Shin等[20]在研究X70管线钢在韧脆转变温度区的断裂韧性时发现,大的有效晶粒尺寸阻碍裂纹的扩展,降低了解离断裂扩张抗力。张小立[21,22]在分析了一系列高钢级管线钢的有效晶粒度后指出,有效晶粒度越小,管线钢的强韧性匹配就越好,并且晶粒的细化促使韧脆转变温度的降低。Koo等[23]在对X120进行研究后表明,为了满足X120的强韧性要求,其有效晶粒尺寸应不大于2μm。

但是,国内外学者目前的研究工作仅局限于有效晶粒尺寸对强韧性能的影响。如果借助EBSD技术,系统、全面地建立有效晶粒尺寸与材料强韧性能的关系,总结有效晶粒尺寸随组织类型和钢级变化的演变规律,将会在高钢级管线钢晶粒度评定、管材评价和可靠性评估等方面提供重要的理论依据和技术支持。

4 原位观测技术在管线钢夹杂物研究中的应用

4.1 原位观测技术简介

扫描电镜下的原位拉伸和原位疲劳是近年发展起来的一种先进试验方法,是将扫描电镜内的样品台换成原位拉伸或疲劳台,采用外部加载,并通过外加磁场控制扫描电子束的移动与试样变形一致的技术,实现在动态下对材料受载过程的跟踪观察,有利于准确了解材料受载直至断裂的全过程。

4.2 原位观测技术研究管线钢夹杂物及带状组织的必要性及可行性

采用原位拉伸及原位疲劳的试验手段动态观察夹杂物对基体影响已有报道。张丽娜等[24,25]采用扫描电镜原位观察了高温合金P/M Rene95中不同尺寸的夹杂物在拉伸载荷下导致裂纹萌生的过程,结果表明,随着载荷的增加,裂纹在夹杂物处萌生,夹杂物尺寸不同,导致裂纹萌生的方式不同。谢锡善等[26]研究发现,高温合金P/M Rene95在原位拉伸与原位疲劳试验过程中,夹杂物内部裂纹极易沿垂直主应力方向贯穿进而向基体扩展,造成合金材料在低于拉伸强度时断裂。王习术等[27]原位观测了夹杂物对超高强度钢疲劳裂纹萌生及扩展的影响,并得到了超高强度钢低周疲劳裂纹萌生与扩展特性和夹杂物对疲劳破坏的关键尺寸的估计值。由此可见,原位观测技术是研究不同尺寸、形态夹杂物对基体材料性能影响最直接有效的方法。

生产检验中发现,高钢级管线钢存在超大尺寸的非金属夹杂物及带状组织。这些超大尺寸的缺陷组织对管线钢材料性能的影响尚未定论。为了解决此类技术难题,可借助原位观测技术,研究不同尺寸、形态的夹杂物和带状组织的微观力学行为,并得到影响高钢级管线钢性能的夹杂物和带状组织的临界尺寸。遗憾的是,目前国内外还没有人在管线钢领域开展此类研究。

5 结语

随着超低碳、微合金化和控轧控冷等先进技术的采用,高钢级管线钢强度水平显著提升,并获得了优良的强韧性能匹配。管线钢高强韧的性能与其内部优良的微观组织特征息息相关,因而有效研究高钢级管线钢微观组织特征与强韧性能的关系非常关键。然而,国内外尚未针对该部分研究建立一套完整的体系,基本属于空白。

针对上述难题,具体可采用以下技术路线:

(1)采用EBSD技术,对X70-X100级管线钢的微观特征组织进行取向成像分析,分析晶粒形状、相类型及分布、各相的相对含量、织构和晶粒取向演变规律,统计计算出有效晶粒尺寸。

(2)分析有效晶粒尺寸随组织和钢级的变化规律,并研究X70-X100级管线钢有效晶粒尺寸与材料性能的对应性,特别是与Charpy冲击韧性的关系。

(3)比较常规晶粒尺寸分析方法与有效晶粒尺寸的差异,讨论有效晶粒尺寸的可靠性,提出高钢级管线钢有效晶粒度评定方法。

(4)采用原位观测技术,研究X70-X100级管线钢在拉伸实验与疲劳实验时,不同尺寸、形态夹杂物与带状组织的微观力学行为;总结管线钢中夹杂物、带状组织导致的裂纹萌生及扩展规律,并建立与材料强韧性能的联系。

(5)分析计算出X70-X100级管线钢中夹杂物及带状组织对拉伸、疲劳破坏的关键尺寸的估计值。

以上研究将会在高钢级管线钢晶粒度评定、超大尺寸夹杂物和带状组织评估等实际工程应用难点问题上取得重大突破,大力推动高钢级管线钢的研究开发和工程应用,为管材选用、质量评价和可靠性评估方面提供重要的理论依据和技术支持。

组织特征及性能 篇2

TiAl/TC4异种材料真空电子束焊接头组织及性能

研究了TiAl基合金与TC4合金异种材料电子束焊接,从接头组织、工艺性能和非对中焊等方面进行分析,为实际应用提供了理论依据.

作 者：陈国庆 张秉刚 何景山 冯吉才 作者单位：哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(z1)分类号：V2关键词：TiAl基合金 TC4合金 电子束焊 组织性能

组织特征及性能 篇3

关键词 宫颈 微偏腺癌 免疫组织化学法

资料与方法

1980～2006年妇科手术切除的宫颈微偏腺癌20例，年龄28～50岁，均为已婚妇女，其中1例为Peutz-Jeghers综合征，20例均以阴道不规则出血而就诊，组织学涂片大致正常，其中3例为ASCUS，1例为未明原因的细胞。

方法：对全部微偏腺癌切片进行复阅并做免疫组化CEA+KI-67。

结果

对宫颈微偏腺癌，HE切片镜下观察组织学特点：有向宫颈壁深部浸润的腺体超过8mm,并有乳头状突起突入管腔，宫颈大血管周围或神經周围及近浆膜面可见深陷的非典型增生的腺体、扭曲、畸形，有的腺腔螺旋盘错，有的引发间质纤维组织反应性增生，偶见核分裂，大多细胞核位于基底，核仁不显，异型性很小，有的细胞形态完全正常。免疫组化染色，统计学处理结果提示：微偏性腺癌组与宫颈腺上皮轻度增生组，微偏腺癌组与对照组的CEA、KI-67相差非常显著（P<0.01）；不典型增生组与对照组CEA、KI-67相差显著（P<0.05）；而微偏腺癌与不典型增生组，轻度增生组与对照组相差不显著（P>0.05）。

讨论

肿瘤中心部位出现大血管常是诊断宫颈微偏腺癌的线索，尤其是冰冻切片时。但也要注意特殊情况，我院20例宫颈微偏腺癌，其中有1例在冰冻切片时肿瘤中心部位未找到大血管，患者28岁，后根据浸润深度超过8mm，术中又做了髂内1枚淋巴结直径2.5mm,见到转移灶，确诊为微偏腺癌，做了全子宫+双附件及盆腔淋巴结清扫。从瘤细胞的异常程度看：宫颈内膜的腺体外形多样，大小也不一致，小而规则形状，大而不整形者均可见到，细胞形态看上去可完全正常，也可呈腺癌者。从瘤细胞成分看：腺体大都被覆有单层柱状黏液生成细胞，除了大小形状外，它们与正常的宫颈腺上皮无异，即便在转移灶，瘤细胞形态看上去也正常。

鉴别诊断：①弥漫性宫颈内膜的腺体层状增生：该病偶见于子宫切除标本，大小中等，分布均匀分化极好的宫颈内膜腺体分布于宫颈壁的内1/3，与其深层间质之间分界清楚。②良性宫颈腺肌瘤：分化极好的宫颈内膜腺体间分布有大量的平滑肌细胞。

微偏腺癌的病变形态虽然温和，但在病变早期即可出现深浸润和淋巴结转移，对阴道不规则出血的患者，绝不放过，一定及时找到出血的原因，使微偏腺癌得到早期诊断和治疗，以防漏诊。

参考文献

组织特征及性能 篇4

随着科学技术的飞速发展,工业生产对新材料新工艺的需求日益广泛和迫切。因此,单一金属性能逐渐难以满足需要,即使适用,也往往受到材料成本等因素的制约。而由不同种材料组成的异种合金件能够充分发挥每种材料各自的优势且成本较低,因此得到广泛应用[1],如应用在航空发动机上的双合金盘就充分利用了两种材料各自的优势,使盘缘具有抗高温氧化、蠕变及疲劳裂纹扩展抗力等,盘心具有高屈服强度、低周疲劳强度等,可在较大温度、应力梯度条件下工作[2,3]。但是,对异种合金件的连接而言,界面是其最薄弱的环节,所以连接工艺的选择成为影响异种合金连接界面性能的关键因素之一。目前用于异种合金的连接工艺有多种,包括钎焊、激光焊、扩散焊、线性摩擦焊、电子束焊和激光立体成形技术等,本文对这几种连接工艺的特征及其所获得界面的组织性能进行了深入的分析对比,并讨论可用于双合金涡轮盘件的连接方法。

1 固态连接方法

1.1 钎焊

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料做钎料,在低于母材熔点、高于钎料熔点的某一温度下加热,利用液态钎料润湿母材填充接头间隙,实现与母材原子间结合的连接方法。它适于薄件、小件、形状复杂焊件的焊接,且对于具有低温脆性、热裂倾向等无法用熔焊方法获得满意接头的异种合金连接,钎焊方法简单、成本低、周期短,较为适宜。

在钎焊过程中,钎料和母材发生扩散反应,在界面处易生成新的脆性金属间化合物,致使焊缝存在较大的开裂倾向,恶化接头性能。而钎焊温度、时间等工艺参数都影响着接头界面脆性金属间化合物的生成量及分布,从而影响接头脆性[4,5,6]。目前,杨丽等[7]研究了钎焊温度对TC4与Ti3Al-Nb合金钎焊接头组织的影响。结果表明接头强度随钎焊温度的升高先升高后降低,不同温度下钎焊接头中TC4基体侧边界处均生成魏氏组织,粗化程度随温度升高而加剧。在980 ℃钎焊温度下生成的魏氏组织中有平行于钎缝的条状 α丛,是接头的薄弱区之一。何鹏等[8]采用BNi2钎料实现了TiAl基合金与GH99合金的钎焊连接,界面组织分为3个反应层,钎焊温度为1050℃,保温时间为5min时,接头抗剪强度达到最大值205MPa。当温度过高或保温时间过长时,Ti-NiAl厚度显著增加,导致接头强度下降。陈波等[9]采用Ti-Zr-Cu-Ni真空钎焊连接Ti3Al/GH536并研究其接头组织及性能,由于Fe-Ti、Ni-Ti等脆性化合物的分布,钎缝基体部位出现较长的纵向裂纹。

当采用钎焊连接异种金属时,即使选用较佳的工艺参数,接头强度仍低于母材,且生成脆性金属间化合物,使接头性能恶化,不适合服役性能要求较高的异种合金件连接。

1.2 扩散焊

扩散焊是在真空或保护气体中,两焊件紧密结合,在一定温度和压力下保持一段时间,使接触面间的原子相互扩散结合的一种压焊方法。不需要焊条、熔剂、保护气体等,焊后不会增加构件的质量、无需机加工(无氧化皮、焊渣和焊瘤),与激光焊、电子束焊等熔焊相比,不生成气孔、裂纹等缺陷,残余应力小,变形小,多适用于薄板焊接。

目前,李万青等[10]研究了不同工艺参数对Ti3Al和Ti2AlNb合金扩散连接界面的组织及力学性能的影响,结果表明连接压力对界面组织和性能影响较小,连接温度过高或保温时间过短时,出现未焊合或孔洞;连接温度过低或保温时间过长时,晶粒粗化,Ti3Al发生相变。而在较优选工艺参数下发现较高的钎焊温度会导致母材性能下降,使得接头强度降低。杨荣娟等[11]研究了TiAl与TC4扩散焊接接头的组织与性能,拉伸断口分析得出,焊缝处TiAl和TC4侧断口特征相互结合,母材两侧的韧性和脆性有一定程度的相互削弱。

盛光敏等[12]、韩靖等[13]对钛合金与不锈钢扩散焊的研究结果表明,接头易生成脆性金属间化合物,出现未焊合孔洞,导致接头性能较差,强度变低。Zakipour等[14]以纯铜作中间层,在1100 ℃/60 min规范下实现了不锈钢316L/Ti-6Al-4V的液相扩散连接。随着中间层厚度的增加,焊缝区生成中间脆性金属化合物,剪切强度从285 MPa降低到145MPa。 李鹏等[15]通过添加Ni+ Nb中间层对TC4 和1Cr18Ni9Ti进行扩散焊,结果表明中间层阻止了金属间化合物的生成,通过先增压、后升高温度的阶梯状工艺参数可得到结合良好的接头。

异种材料扩散焊接头易生成脆性化合物、未焊合孔洞等缺陷,接合面会出现热应力,导致接头力学性能下降。若要进一步改善接头性能,仍需优化焊接压力、温度等工艺参数,抑制金属间化合物的生成。

1.3 线性摩擦焊

线性摩擦焊过程中,两工件做高频低振幅往复直线运动,在接触面上产生摩擦热,使界面金属塑性化,后停止运动施加顶锻力,最终界面通过扩散和再结晶得到可靠连接。线性摩擦焊的产热机制与与扩散焊不同,因此它除了具有扩散焊的优点外,还由于焊接过程热量集中在摩擦界面,使得热影响区较窄,界面处晶粒细小,不易产生缺陷[16]。

季亚娟等[17,18,19,20,21,22,23]采用线性摩擦焊在合理工艺参数下皆获得了结合完整的TC4/TC17焊接接头。在焊接过程中界面温度最高达到1270 ℃,超过β相变温度,焊后冷却时发生再结晶。接头拉伸性能测试表明,抗拉强度与TC4母材相当。接头硬度测试中,焊缝中心为细小的再结晶晶粒,硬度值最大;TC4侧热力影响区窄,焊后温度下降快,组织发生形变强化,故远离焊缝硬度下降;而TC17侧热传导影响储热增多发生组织软化,远离焊缝处硬度反而有所上升,如图1 所示。张田仓、李菊等[24,25,26]研究了TC11和TC17异质钛合金线性摩擦焊接头的微观组织、疲劳性能及拉伸性能等。接头抗拉强度、屈服强度皆与TC11母材相等,而随着试验温度升高呈线性下降;延伸率及断面收缩率高于TC17母材。高周疲劳测试中,接头高周疲劳强度与TC11母材相当。

异种母材间的高温屈服强度差值和粘塑性流动应力差值影响其线性摩擦焊的界面性能。谭立军等[27]研究了Ti-22Al-25Nb与TC11 的线性摩擦焊,一定范围内,随摩擦时间、频率、压力的提高,可获得100% 结合质量完好的接头。在TC11侧热影响区温度超过 α/β相转变温度,冷却过程发生相变,形成大量针状马氏体,增加其显微硬度值;而Ti-22Al-25Nb侧出现大量金属流线,又新生成较软的B2/β相,降低其显微硬度值。

对于异种金属的连接,线性摩擦焊无论是产热机制还是接头结合形式,都表现出不易产生缺陷的优势,其接头拉伸强度、结构强度和弹性性能皆与母材金属接近一致,已成为航空发动机制造业中的主要技术。但在焊接过程中,线性摩擦焊接接头因为发生局部变形,其残余应力很大;又由于热影响区较窄,则应力梯度较大,使得接头动态力学性能降低。

2 熔焊方法

2.1 激光焊

激光焊是利用以聚集的激光束作为能源轰击焊缝处所产生的热量进行焊接的方法。它能量密度高,热变形小,热影响区小,焊接位置和材料形状都较灵活,对于高熔点、难熔、难焊的金属也可焊接,并且能净化熔池,纯净焊缝金属。但其穿透力不如电子束焊强,可焊厚度受到很大限制,主要用于汽车车身、薄板等的焊接。

Lei等[28]研究了Ti-22Al-27Nb和TC4 异种金属2.5mm厚对接激光焊的显微组织和力学性能。焊缝的正反表面呈银白色,表明保护良好,且没有断裂或气孔等缺陷。显微硬度在焊缝两侧的热影响区均达到峰值,在焊缝区最低。焊缝区抗拉强度达到TC4母材的92%,伸长量低于TC4母材的40%,断裂均发生在熔合区,属于韧性断裂。

激光焊接在结合面可能会形成脆性金属间化合物,由于是异种金属连接,在接头中会存在较大的残余应力[29,30],导致焊接接头的开裂进而影响性能。陈玉华等[31]采用激光焊连接0.2mm厚TiNi形状记忆合金和TC4钛合金。对接焊时,易产生沿焊缝中心的纵向裂纹,而手工添加Ni丝进行激光焊,Ni丝与两侧母材形成了明显的过渡层,改善了焊缝成形,有效抑制了纵向裂纹的产生。在较优的工艺参数下抗拉强度达到TiNi母材的47%。

由于激光焊接的特点,熔池冷速快,异种合金凝固的不均匀传热会产生热应力,与相变应力共同导致热裂纹、气孔及有害相等。且受限于激光穿透能力,多适用于异种合金薄板的连接,因此进行双合金盘异种合金连接时,激光焊并不能适用。

2.2 电子束焊

电子束焊是通过以加速和聚集的电子束轰击真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。电子束焊的能量密度高、焊接保护优良且效率较高,焊件热影响区小,较其他熔焊方法,能得到质量更高的焊缝。因此,广泛用于连接难熔金属及它们之间的异种金属,多在汽车或航空发动机的叶片等部件使用。

张秉刚等[32]及陈国庆等[33]采用电子束焊接获得了Ti-43Al-9V-0.3Y/TC4焊接接头,焊缝成形良好,而在TiAl合金侧局部产生横向裂纹。焊缝区与两侧热影响区组织皆较粗大,且组织、形貌存在较大差异。他们又研究了TiAl/Ti60电子束焊接接头的组织及性能,同样出现宏观横向裂纹,焊缝区和热影响区组织分布不均匀,因而硬度分布也不均匀,且焊缝和热影响区硬度分布梯度较大,是接头薄弱地带。另外在拉伸测试中,接头韧性较差,主要为穿晶断裂。

Tan等[34]研究了Ti-22Al-25Nb/TC11电子束焊接界面的显微组织和性能,具有较适量的β稳定相,焊缝上部组织为在熔合区和热影响区之间垂直于边界的柱状晶,而下部组织为粗大的等轴晶。近TC11热影响区显微组织主要为马氏体,α′相垂直于焊接界面,近Ti-22Al-25Nb热影响区主要为B2相,在焊缝处主要有许多O相。由此种组织特征获得1100MPa的抗拉强度,高于TC11母材。冲击韧性为TC11的42%。Zhang等[35]研究了Ti3Al/TC4电子束焊接界面组织和强度,显微硬度在热影响区高于母材,在Ti3Al侧靠近熔合区边界急剧下降,近TC4边界又上升;焊缝抗拉强度最高可达到831MPa。Wang等[36]对TC4/Ti17合金电子束焊接界面组织和循环载荷下疲劳强度等的研究也表明,在合适的焊接参数下其接头可获得同等疲劳强度的母材和焊缝。

刘莹莹等[37]采用电子束焊连接Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11异种合金件,研究其组织和性能。结果表明,热输入对相组成无明显影响,对晶粒尺寸影响较大。焊缝区的显微硬度值较其他区域高。熔合区合金元素在凝固过程中达到新的平衡,而焊缝区元素存在明显不同。

综上所述,电子束焊用于异种金属连接已表现出它的优势,可获得窄而深的熔化焊缝,热影响区窄,变形小,可用作最后连接工序。对于冶金相容性较好的异种金属能够获得结合较好的接头,但对于塑性较差或易生成金属间化合物等脆性相的异种金属接头,会有裂纹或气孔缺陷产生,后续仍需采用变形+热处理对其界面进行强化[38,39,40]。

3 激光立体成形技术

除了上述几种焊接方法以外,20世纪末发展起来的一种材料制备新技术———激光立体成形技术,也逐渐被使用在航空航天领域。该技术是利用高能激光将金属粉末进行烧结,结合计算机CAD设计模型制备三维实体零件。采用此技术通过送粉装置先堆积一种金属粉末,后经过不同比例异种金属粉末的过渡层,最后堆积另一种金属粉末,完成双合金件的制备,如纯Ti和Ti2AlNb基合金[41,42]、不锈钢和镍基合金[43]、钛-镍基合金[44]、钛合金和Ti3Al基合金[45]等都已采用激光立体成形技术获得结合良好的连接界面。与块状金属的连接相比,其成分偏析被限制在粉末颗粒的尺寸之内,能很好地解决成分偏析等问题,制备的试样组织均匀且晶粒细小,使制件得到优异的力学性能和热工艺性能[46,47]。

Kobryn等[48]、Wu等[49]研究了激光立体成形制备Ti-6Al-4V合金的显微组织特征,如图2所示,主要是沿沉积高度方向生长的粗大柱状晶,微观组织为网篮组织或魏氏组织,材料的各向异性显著。随着激光功率、扫描速率等工艺参数的不同,组织中出现气孔和未融合孔洞等缺陷。

刘建涛等[41]采用激光立体成形技术制备了外形完整的Ti-Ti2AlNb梯度材料,并研究了相与显微组织的演变规律,材料成分变化基本呈线性,实现了由α型钛合金经过α+β型及β型钛合金向Ti2AlNb基合金的转变,显微硬度在整个梯度层中基本呈不断上升趋势。杨模聪等[42]在Ti-Ti2AlNb梯度材料研究基础上,探究了合金化对Ti60-Ti2AlNb梯度材料的影响规律,随着Al和Nb含量的增加,α相的体积分数不断减少并细化,而β相的体积分数不断增加,使得梯度材料硬度逐渐增加。杨海鸥等[43]利用激光立体成形技术制成组织致密,成分、组织连续渐变的40 mm过渡层梯度材料———316L/Rene88DT,其组织生长有明显的取向性,由熔池底部的垂直方向变为水平方向。Lin等[50,51]研究了组分梯度的凝固行为和形态演变,并分析了柱状晶向等轴晶转变和连续外延柱状生长的现象。

由上述分析可知,利用激光立体成形技术制备功能梯度材料的研究很多,采用该技术制备用作结构材料的双合金件研究相对较少,对其力学性能的关注也较少,粗大的柱状晶严重影响材料的力学性能;此外,激光立体成形的高热熔化和快速凝固产生一定热应力,在连接界面处易产生较大残余应力导致工件开裂;再者,异种合金成分差异在激光立体成形过程中同样会生成新的金属间化合物等脆性相,降低工件的综合性能。

本课题组[45]研究了成分梯度对激光立体成形Ti3Al/TC11连接界面组织和性能的影响,结果表明其对组织形貌影响较大,尤其对TC11侧界面。具有较小成分梯度(10层)时,其界面两侧组织变化相对均匀,成形较完整,如图3(a)、(b)所示,在室温高温拉伸性能测试中,也表现出较好的塑性,如表1、表2所示。同时相比不同过渡层的显微硬度,对数值影响较小,但对分布的均匀性有很大影响,其中10层试样的分布较均匀。后续还研究了不同热处理制度对激光立体成形Ti3Al/TC11连接界面组织和性能的影响等。

因此,在采用激光立体成形制备双合金件的过程中,需重点研究界面区在不同激光成形工艺参数下的组织生长机制、不同颗粒尺寸的粉末在小体积熔化-凝固过程中的晶体生长特征,并对如何控制过渡区新相生成的种类及数量等关键问题进行研究,从而进一步提高连接界面的综合性能。

4 结束语

钎焊、扩散焊、激光焊3种连接工艺连接异种合金时,由于接头形式和结合能力的限制,连接界面强度较低,若用于连接结构材料无法满足力学性能的要求。扩散焊和激光焊又多适用于薄板焊接。相比此3种连接工艺,电子束焊的穿透力更强,获得熔深更深,且热影响区小,广泛应用于异种金属连接;线性摩擦焊界面处晶粒细小不易产生缺陷,热影响区较窄,成为航空制造业中的主要技术之一;而激光立体成形技术将块状金属的连接转化为粉末金属直接成形,将成分偏析很好地限制在颗粒尺寸之内,提高了制件的力学性能。

组织特征及性能 篇5

研究了振动研磨工艺对涡轮用QAl10-4-4合金组织和表面性能的影响.结果表明：振动研磨处理后，QAl10-4-4合金产生了从研磨表面至心部硬度逐渐降低的硬化层，表面硬度提高约20%；相对于未研磨处理的QAl10-4-4合金，经振动研磨处理后，合金处于表面压应力状态，表面残余应力提高约300 MPa，表面粗糙度明显降低，表面摩擦因数显著下降，耐磨性显著提高.工程实际应用结果表明：使用振动研磨工艺处理QAl10-4-4合金蜗轮提高整机的传动效率超过20%.振动研磨后，材料表面综合性能的提高与表层组织细化有直接关系.

关键词：

振动研磨抛光； QAl10-4-4合金； 组织； 表面残余应力； 摩擦磨损

中图分类号： TG 146.1-文獻标志码： A

Effect on the Microstructure and Surface Properties

of the QAl10-4-4 Alloy by the Mechanical

Vibration Polishing Treatment

GONG Anhua1，2， FU Liming1， SUO Zhongyuan1，3， WANG Xiaozhong2， SHAN Aidang1，2

（1.School of Materials Science and Engineering， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240，

China； 2.Rotork Actuation（Shanghai） Co. ， Ltd. ， Shanghai 201108， China； 3.College of

Mechanical and Electrical Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin 132022， China）

Abstract：

This paper studies the effect on microstructure and surface properties of the QAl10-4-4 alloy via mechanical vibration polishing treatment（MVPT）.It is found that a hardened layer was present in the QAl10-4-4 alloy after MVPT and the hardness gradually decreases from the surface to the centre.The surface hardness increased by 20%.Compared to the samples without MVPT，samples with MVPT has a compressive stress state，increased the surface residual stress by about 300 MPa，and reduced the surface roughness and surface friction coefficient greatly which led to increase the wear resistance.Practical applications indicates that mechanical efficiency increases more than 20% by using the QAl10-4-4 alloy（with MVPT） worm wheel .The improvement of the comprehensive surface properties of the alloy with MVPT is directly associated with refinement of microstructures in the hardened layer.

Keywords：

mechanical vibration polishing treatment（MVPT）； QAl10-4-4 alloy； microstructure； surface residual stress； friction and wear

通过对材料表面进行强化处理可以有效地改善机械零件的表面性能，提高零件的寿命和使用稳定性.机械振动研磨是一种改善材料表面性能的方法，它将被加工零件置于盛有磨块和磨剂介质的滚筒中，在复杂的三维相对运动作用下，游离状态的磨块以一定频率和冲击力对零件表面进行碰撞、滚压及微量磨削，从而细化表面粗糙度、去除加工毛刺、减轻或消除表面缺陷，改善表面力学性能，达到提高零件表面质量、提高产品使用性能的目的[1-2].与喷（抛）丸、滚压和孔挤压等传统的表面强化或处理技术相比，机械振动研磨处理，零件表面的相对塑性变形小，不破坏零件表面形态，提高零件表面粗糙度，从而提高材料寿命[3-5].这种处理工艺的设备简单，维护运行成本低廉，是一种有效的表面处理技术[2].研究表明，在合理的工艺下，微粒冲击工件的表层硬度与普通喷丸处理的工件表面硬度相当，微粒冲击明显降低了工件表面粗糙度，表面组织有纳米化的趋势，材料的表面耐磨特性得到了显著提高.但有关机械振动研磨对材料表面强化影响及其机理方面的研究不多[6-9].

蜗轮蜗杆传动作为一种典型的、传统的传动机构，广泛用于机床、冶金、矿山、交通设备、起重设备及工业设备中.蜗轮和蜗杆零件的形状特殊，对表面质量和耐磨性及使用寿命要求极高，一直是研究与应用的热点.QAl10-4-4合金，是一种应用在使用性能要求较高的蜗轮制造中的材料.通常该材料在加工成型过程中，需首先进行应力退火处理，然后再整体进行淬火处理，以满足使用的技术指标与要求[10-12].某型号铝青铜合金蜗轮产品早期通过热处理后再冰冷处理，勉强通过测试.但一次合格率较低，返工率偏高，生产不能稳定进行，给正常的生产测试造成了很大的影响.改用振动研磨工艺后，性能稳定，效果明显.

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本文以涡轮用QAl10-4-4合金为试验材料，研究了振动研磨工艺对该材料的表面应力状态、表面组织、性能和耐磨性的影响规律.

1 试验材料及方法

1.1 试验合金成分与样品制备

试验用合金为一种典型的蜗轮用挤压后退火态QAl10-4-4合金，其化学成分如表1所示.

试验采用400 L型立式振动研磨机，设备原理及实物如图1和图2所示.试样切割成1.0 mm厚的薄片状，并为其设计了专门的安装夹具，将试样固定在自制的夹具上，如图2（b）所示.然后放入立式振动研磨抛光机（图2（a）），采用10 mm×10 mm正三角，8 mm×8 mm斜三角和8 mm×8 mm圆柱形3种形状的棕刚玉研磨料.3种研磨料按质量比1∶1∶1配料，将试样与实际生产的产品分别进行1，2和3 h振动研磨处理.此外，准备了一组双面振动研磨的薄片状试样，用于后续的拉伸性能测试研究.

1.2 试验方法

磨损试验采用UMT-3多功能摩擦磨损试验机，试验机采用销盘式摩擦，试验样品为圆柱状，其摩擦对偶为盘状.载荷、速度、距离、气氛及摩擦对偶等测试参数和摩擦条件都可以自行调整.摩擦因数通过与连杆上装置的传感器连接的计算机测出.试样尺寸4.5 mm×20 mm，对磨副为GCr15（淬火+低温回火态），在室温进行干摩擦及浸油摩擦.磨损参数：载荷40 N，时间1 h，摩擦速度100 r/min，试样及对磨副在磨损前后均需要进行清洗、吹干、称重（万分之一天平），测量磨损质量.

材料分别进行切割、镶嵌、研磨、抛光和腐蚀（腐蚀液采用体积分数为5%的氯化高铁+盐酸水溶液）制成金相样品.采用MEF4A型金相显微镜（OM）和Phenom GSR飞纳台式扫描电子显微镜（SEM）进行组织观察.X射线衍射分析在岛津Shimadzu XRD-6000型全自动衍射仪上进行，Cu Kα靶材，2θ/（°）連续扫描，扫描范围30°～100°，扫描速度为1°/min，扫描电压/电流为40 V/40 mA.采用加拿大PROTO公司的iXRD-300 W应力分析仪，根据欧洲标准EN 15305—2008和我国标准GB/T 7704—2008进行表面残余应力测试，拉应力的值规定为正，压应力的值规定为负[13-14].根据国标GB/T 4340.1—2009，利用ZEISS-Observe维氏显微硬度计对研磨后样品的侧面距研磨表面不同距离进行硬度测试，载荷500 g，加载时间15 s.

2 试验结果与讨论

2.1 震动研磨工艺对组织的影响

图3为试验初始QAl10-4-4合金的典型金相组织.白色基体为α相，粒状或者细小的灰色块状为K相.经过振动研磨处理后的样品出现表层组织细化层（如图中直线标识处至表层的区域），并且随着研磨时间的延长，细化层的厚度逐渐增加.当振动研磨时间达到3 h，观察到组织细化层的厚度超过10 μ m.

图4为振动研磨2 h后样品的SEM组织观察结果.相对未研磨的样品，研磨后样品表面的组织更加均匀，组织相对细小.图5给出了两种样品的XRD分析结果，合金中主要由 α基体、β 和K相组成，相对于未振动研磨样品，经振动研磨（VMP-1 h）样品的衍射峰呈现略宽化特征，这与表面组织的变化有直接关系.

2.2 震动研磨工艺对材料表面性能的影响

不同振动研磨时间下，从研磨表面至材料心部的不同深度层的硬度变化如图6所示.从表层至心部的硬度逐渐减小直至不再变化.根据硬度的变化，可以看出，振动研磨的硬化层深度达到20 μ m左右.相对于振动研磨1 h的样品，振动研磨2 h和3 h的样品，其硬化的效果更明显，硬化层深度增加约20%.结合组织分析可以推测，振动研磨后，材料表层的硬化与材料表面的组织细化有直接关系.此外，振动研磨对QAl10-4-4合金的表面粗糙度也有重要影响.

图7为QAl10-4-4合金的表面粗糙度随研磨时间的变化曲线.相对于未研磨的样品，振动研磨后表面粗糙度都大幅下降.可见，振动研磨工艺显著改善了材料的表面性能.

2.3 表面应力分析

不同振动研磨时间下QAl10-4-4

合金表层残余应力测试结果如表2所示.振动研磨后的样品主要表现为压应力（应力为负值），研磨前样品的表面应力主接近于0.经振动研磨1 h后，表层正应力显著增加，达到（275.7±6.2）MPa.随着研磨时间的增加，应力缓慢增加.相对于正应力，经振动研磨处理后表面切应力均小于10 MPa.说明振动研磨工艺显著增加了样品的表面压应力，但并未明显增加切应力.

2.4 震动研磨工艺对耐磨性分析

图8为QAl10-4-4合金的磨损量及摩擦因数随振动研磨时间的变化关系曲线.在相同的摩擦磨损测试条件下，振动研磨明显提高了材料摩擦因数，降低了材料的磨损损失量.并且随着研磨时间的延长，摩擦因数和磨损量逐渐降低.

图9为未振动研磨与振动研磨3 h试样的磨损面的磨损形貌.观察发现，未振动研磨处理的试样磨

损面上存在大量的金属分层剥落和较深犁沟.而振动研磨处理3 h后的试样表面的磨损形貌主要是较浅和较为致密犁沟，这说明振动研磨工艺显著提高了QAl10-4-4合金的耐磨性能.

2.5 振动研磨工艺的工程应用效果

图10为振动研磨与未振动研磨工艺在工程应用中的数据对比结果.通过对未研磨和研磨状态的零件进行工程整机测试，从综合性能数据库中导出了3年内该系列执行机构产品使用两种工艺的测试数据记录.通过计算统计对比得出图10中的数据.从图10中可以看出，振动研磨工艺使产品整机负载电流下降了14.44%，输出效率当量增加了15.86%.此外，通过对整机传动效率的综合对比，发现使用振动研磨工艺处理QAl10-4-4合金蜗轮可以显著地提高蜗轮蜗杆的传动效率，执行器的蜗轮蜗杆传动效率提高超过20%.

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3 结 论

（1） 经振动研磨工艺处理后的QAl10-4-4合金的表面硬度提高了约20%，并且从研磨表面至心部，硬度逐渐降低，硬化层与材料表层组织细化有直接关系.

（2） 振动研磨处理1 h的QAl10-4-4合金表面为残余压应力状态，试样表面应力由原来的接近于0增加到275 MPa；当振动研磨处理达到2 h后，表面压应力增加趋于平缓.

（3） 经振动研磨处理后的QAl10-4-4合金表面的粗糙度明显降低，表面摩擦因数显著下降，耐磨性显著提高.

（4） 工程实际应用结果表明，使用振动研磨工艺处理QAl10-4-4合金蜗轮提高整机的传动效率超过20%.

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[14] Non-destructive testing·Test method for residual stress analysis by X-ray diffraction：EN 15305：2008[S].2008.

组织特征及性能 篇6

1.1 矿区地质概况

开滦矿区各矿井分布于开平煤田和蓟玉煤田, 为古生界石炭、二迭纪成煤, 含煤面积670 km2。地层基底为中奥陶系马家沟矿组, 中石炭纪本溪统与之直接接触, 中间缺失了上奥陶、志留、泥盆、下石炭纪等。这个巨大的不整合, 反映了奥陶系末期由于加里冬运动的影响, 陆台的中奥陶系汪洋大海上升为陆地, 并开始遭受侵蚀, 这样一直延续了1亿多年, 经过志留、泥盆、下石炭等系渐渐侵蚀成为一块辽阔的平原, 高度接近海平面。石炭二迭纪煤系的下部为海陆交替相沉积, 中部为陆相, 上部为单一的正大陆相。

1.2 含煤地层情况

本矿区石炭二迭系地层总厚度约500 m, 含煤15～20层, 煤层总厚度为20～28 m, 含煤系数为3.91%～5.57%。煤系地层有两个纪三个统, 自下而上为:中石炭纪本溪统唐山矿组 (含15、16、17煤层) 、上石炭纪太原统开平组 (含13、14煤层) 和赵各庄组 (含11、12煤层) 、二迭纪下统的大苗庄组 (含5、6、7、8、9、10煤层) 和唐家庄组 (含3、4煤层) 。煤层主要位于煤系地层中部, 赋存相当稳定。其中, 可采煤层7～8层, 可采厚度约15 m。

2矿井煤质特征

2.1 开滦矿区各煤层煤质特征

开滦矿区各炼焦煤生产矿井煤层的煤质特征见表1, 从表中可以看出:

(1) 开滦唐山矿区各炼焦煤矿井煤类组成较复杂, 每个矿都至少有两种以上煤种, 其中范各庄、钱家营煤种更为复杂, 但总体变化规律明显, 吕家坨、林西为变质程度较高的焦煤和肥煤, 赵各庄、范各庄、钱家营、唐山矿煤类以肥煤和1/3焦煤为主;

(2) 矿区煤质垂直分带变化不明显, 但在钱家营矿变化规律较明显, 煤挥发分的变化符合希尔特定律;

(3) 开滦矿区上下组煤质和煤类变化规律明显, 上部大苗庄组各煤层全硫普遍低于下部赵各庄组煤层, 下部煤层挥发分和黏结性普遍较高, 煤类以肥煤为主。

2.2 开滦矿区各煤层煤的煤岩特征

煤科总院北京煤化所对开滦各矿煤层浮煤的煤岩组分进行了定量统计, 并测定了镜质组最大反射率, 煤岩分析结果见表2。赵各庄、唐山、钱家营及范各庄矿多数煤层属中等变质程度煤, 镜质组平均最大反射率多在0.95%～1.10%, 相当于肥煤变质程度。吕家坨矿煤变质程度较高, 镜质组最大反射率均在1.30%～1.60%, 相当于焦煤变质程度。

大部分煤层煤岩组成以镜质组为主, 各煤层镜质组反射率和挥发分变化不符合希尔特定律, 突出表现为下部赵各庄组煤层挥发分偏高, 而镜质组反射率偏低。不同煤层中, 除范各庄矿9号和12号煤镜质组反射率明显较低 (可能是由于采样点不同造成的) 外, 其余各矿井下部煤层镜质组反射率较低的原因主要在于上、下组煤沉积环境的差异。下组煤由于还原程度较强, 导致镜质组中相对富氢, 其挥发分偏高, 使得镜质组反射率受到抑制而偏低。

3各炼焦煤矿井精煤质量及结焦性能指标

各炼焦煤生产矿井主要精煤质量指标见表3。表4所示为2012年中钢热能院对焦化项目的测定情况。分析表明:

(1) 唐山、吕家坨精煤大都为单一煤层煤 (S<0.1) 按照中国煤炭分类标准 (GB5751—2009) 分别属于35号1/3焦煤和25号焦煤。其他生产矿井商品煤大多数为非单一煤种, 不能简单判定煤种。

(2) 开滦炼焦精煤粘结性好, 粘结指数GR, I均大于85, 单独炼出的焦炭热性质较好, 特别是吕家坨、钱家营、林西精煤冷热强度均能达到或接近一级冶金焦炭标准要求。

(3) 赵各庄矿精煤胶质层厚度均大于25 mm, 钱家营、范各庄接近或大于25 mm。

(4) 从煤的变质程度上看, 镜质组最大反射率与挥发分相一致。

4结语

开滦矿区炼焦煤品种丰富, 主要为肥煤、焦煤、1/3焦煤, 部分煤层为瘦煤, 炼焦精煤粘结性好, 单独炼出的焦炭热性质好, 适应市场能力强。单一矿井的精煤多数为非单一煤层煤, 在矿井生产中, 应经常根据不同采区、不同煤层变化和不同煤种主要指标, 如挥发分、胶质层厚度、粘结指数的加和性等, 配采生产市场需求的产品, 提高企业的经济效益。

参考文献

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组织惯例的内涵、特征及作用研究 篇7

关键词：组织惯例,内涵,特征,作用

在组织与战略领域的相关文献中,组织惯例(organizational routine)是一个出现频率非常高的术语。20世纪70年代,Stene(1940)提出了组织惯例的概念,经过Nelson和Winter为代表的众多学者的努力取得了很大的进展,Nelson和Winter(1982)在《An Evolutionary Theory of Economic Change》中分析了惯例在经济发展中的重要作用,为后来的惯例研究打下了坚实的基础。现代企业组织面临着日益复杂多变的外部环境,对组织理论提出了一系列需要解答的重要问题:如何认识组织的稳定和变化?是什么影响着一个组织的变革和适应性?尽管源自演化经济学的组织惯例并不是对这些组织现象的唯一解释,却是非常重要的关键因素(Pentland和Feldman,2005)。惯例融入到多种组织现象中,包括组织结构、战略、技术以及企业文化等各个方面(Levitt和March,1988),组织的很多任务(工作)是通过惯例完成的(Feldman,2000),因而Nelson和Winter(1982)认为组织惯例是组织行为的基本构成和组织能力的宝库,是认识组织变化的关键。惯例不仅有助于认识组织变化,也是理解组织能力如何积累、转移和应用的核心(Cohen等1996;Winter,2000)。正因为如此,组织惯例在组织理论的研究中引起了广泛的关注。

从20世纪80年代以来,越来越多的学者开始运用惯例作为基本的分析工具来研究组织问题。1995年8月,Cohen、Burkhart和Dosi等多位学者曾经在圣达菲研究所(Santa Fe Institute)就惯例研究的八个主题展开了四天深入的研讨,并于次年在“Industrial and Corporate Change”上发表了达成的共识(Cohen等,1996)。尽管在组织理论中惯例作为一个重要概念应用非常普遍,但到目前为止在相关文献中仍然有很多模糊不清和不一致的地方,就惯例究竟是什么并未达成充分的共识。有鉴于此,本文试图通过对已有相关研究的回顾和总结来澄清对组织惯例的认识并探讨其理论和现实意义以及未来的研究方向。

一、组织惯例的内涵

(一)组织惯例概念

惯例研究本身具有多学科性,涉及演化经济学、认知心理学、社会学、组织理论以及计算机和人工智能等,由于各个学科视角的差异,造成组织惯例的内涵过于宽泛,产生了许多不同的理解和认识。由于现有的文献对组织惯例有许多不同的定义,为了便于进一步的讨论,首先需要明确界定组织惯例的概念。March和Simon(1958)把组织惯例看作计算机程序和子程序;Nelson和Winter(1982)认为惯例是有序的可预期的行为模式,惯例作为组织类似于生物基因的遗传物质存在;Pentland和Rueter(1994)提出组织惯例是组织的语法;Cohen等(1996)则定义组织惯例为“在同样背景下重复操作的一个执行能力,是一个组织对选择性压力的反应式学习。”

总的来看,就“组织惯例”的定义有三类主要的观点:一是认为“组织惯例”这个术语指的是行为规范(Gersick和Hackman;1990);二是把“组织惯例”看作规则、标准操作程序等(Cohen,1991),Feldman和Pentland(2003)提出惯例分“行动部分”(performative)和“结构部分”(ostensive)两个层次,“结构”部分是对惯例的抽象和概括,类似一个剧本指导、解释惯例的操作,“行动”部分指特定参与者在具体的时间、地点的行为和表现;三是Hodgson和Knudsen(2004)等人认为惯例不仅是行为,还可以看作是表现特定行为或者思想的倾向,Cohen(1991)提出惯例实际上有认知和活动这两个不同的层次,它既是活动模式,也是认知规范和认知模式。这三种对组织惯例不同解释的共同点是都指规范,也就是用来规定和指导组织成员行为的规范。这种规范可能由正式的组织制度确定,也可能没有明文规定只是一种约定俗成的准则,体现在组织参与者的行动中。惯例最终要落实到行动中,了解一个组织做了什么远比了解一个组织试图做什么更重要。缺乏行动的惯例,一是难以观察和测度,二是不能被组织成员所认识和接受,尤其是惯例的默会性属性使其只有通过“干中学”才能转化为组织成员的共同行动。

反复发生是惯例的一个基本前提(Cohen等,1996; Cohen和Bacdayan,1994;Knott和McKelvey,1999),相同或类似的行为重复为参与人相互适应、建立联系并最终形成一致提供了可能性,所以不可能把只发生了一次的行动叫做惯例。明确了惯例是反复发生的行动,还要明确这个行动是个人的还是群体的。组织惯例是“在执行组织任务中涉及多个组织成员的重复行为模式”(Cohen等,1996),这表明组织惯例是多个人的相互作用。个人层次的活动应该用“习惯”这一术语来表示,只有多人参与的群体活动才能叫做惯例(Nelson和Winter,2002)。在多个参与人形成的关联中,一个人的行动必然会影响到其他人,因而惯例中存在大量参与人之间的互动。这样就可以把组织惯例概括为多个参与人(主体)为了完成组织中(组织间)的某一项任务而形成的重复的互动模式(Becker,2005)。

(二)惯例与惯性的区别与联系

在讨论惯例的时候很容易与另一个术语即惯性(inertia,也作惰性)混淆,这两个概念既有联系又有区别。惯性是组织发展过程中具有的保持自身状态不变的内在要求(严家明,2005),指组织未能发生变革(或拒绝改变)的属性;惯例则是指组织参与者重复的互动模式。严家明(2005,p57)认为惯性是根本,它的存在决定着组织行为倾向于惯例化。Gilbert(2005)提出了两个不同类型的惯性结构:资源刚性和惯例刚性,前者指不能改变资源投入模式,后者指不能改变运用资源的组织过程。惯例与惯性有关,在Gilbert看来,如果不能克服惯例的刚性,就会形成惯性。为了避免脱离本文的主题,这里不对惯例和惯性的因果关系作进一步的讨论,但需要强调的是惯例与惯性的不同,惯例是会发生变化的。Feldman(2000,2003)的研究指出惯例具有很大的变化潜力是因为参与者对重复的惯例的反应形成了变化的内在动力。Feldman和Pentland(2003)提出以往有关组织惯例的研究只注意到其中的“结构部分”, 忽略了“行动部分”所包含的主观性、智能及权利特性,而正是这些特性影响到惯例所具有的灵活适应性和变革倾向。国外学者对各类组织所进行的一系列实证研究都表明惯例并非惯性,而是会随着时间的推移发生变化。

二、组织惯例的特征

(一)重复的互动

作为一个反复发生的互动模式,组织惯例目的是为了完成特定的工作任务,需要从活动本身的角度来理解,互动的目的是为了完成某一项工作,如Barley和Kunda(2001)强调反复发生互动模式关注的是工作,注重如何完成工作任务。Pentland和Reuter(1994)的研究比较了旅行社和图书管理员的工作,旅行社的工作主要包括几类看起来非常简单的活动:“机票、宾馆和汽车租赁,”而在一个大学图书馆中的管理员则需要了解他们的工作涉及到的从天体物理学到动物学等各类专业书籍。表面上看起来似乎图书管理员的工作是高度变化的,而旅行社的工作非常“惯例化”。但是,深入考察这两类不同的任务的执行情况时得出的结论却恰恰相反,要完成“机票、宾馆和汽车租赁”,旅行社面对的是经常变化又需要精心安排的活动,而图书管理员与借书人之间只是一个简单的重复互动模式。这个例子说明工作任务本身是理解组织惯例的基础。

惯例研究关注的是如何完成任务而不是完成了什么任务,这就意味着惯例具有过程特征,本质上是一个过程性的分析单元。惯例是“结构和行动之间、组织作为目标和组织作为过程之间的关键连接点(Pentland和Rueter,1994)”。因此,惯例的过程特性是实证研究的一个主要出发点,在大量的案例研究、实验研究和模拟研究中涉及的时间因素、惯例的变化和保持等都反映了惯例的过程特征。Becker(2005)提出在惯例的实证研究中主要使用四种方法:重复频率、特定条件下的行动规则、任务变化性和可分解性、模式的内容和过程以及顺序来测度互动模式,使研究得以实施。

对重复频率来说核心问题是如何决定什么构成了“相同的”行为?或者说达到什么程度才能说是相同的行为?事实上,由于环境条件不能完全复制以及人的行为的主观性,没有任何两个行为是完全相同的,那么就要考察“‘类似’的含义是什么(Nelson和Winter,1982) ” Egidi和Narduzzo(1997)提出以参与人遵循的规则而不是规则诱导的行为来比较相似性,如果能够证明参与人在活动中使用的是同样的规则体系,就可以认为惯例化的行为是相同的(Cohen等,1996)。这种方法本身也有局限性,如果规则是明确的,无疑这是一个简单明确的操作方法;但是,如果规则是隐含的,这种方法就很难实施。因为规则和行为之间的联系非常复杂,只在有限的情况下规则才能完全决定行为(Becker,2005)。Pentland和Feldman(2005)也认为规则不是决定性的,参与人对如何使用规则有很大的影响,不仅激励机制会影响参与人对规则的遵守,参与人还会从自己的认知出发来解释规则,并且总是会犯错误或者试图改变规则(Feldman,2000)。

另一种方法是以任务的多样性和可分解性来研究互动模式。在Perrow(1967)的技术对组织结构影响的研究中,从多样性和可分解性这两个维度把工业企业的各个部门划分为四种不同的技术类型。所谓多样性是指完成任务需要处理的意外情况的数量,可分解性是指生产或者工作活动可以分解为具体的工作阶段和工作步骤的程度。借鉴这种思路,较少的例外和较低的可分解性就是“惯例”。相应的,任务的多样性和可分解性就成为了测度“惯例”的一个指标。Perrow的研究以组织为基础,虽然并不完全适用于以过程为基本分析单元的互动模式,但多样性和可分解性同样反映了工作任务中互动模式的特征。

Perrow对任务的多样性和可分解性的测度主要与工作任务的内容而不是活动的顺序(如何完成任务)有关(Pentland,2003a),因而他的测度未能清楚地区分生产内容和如何生产的过程(流程)。Pentland提出了一种新的方法来评估任务的惯例而不是任务单元的惯例,他把过程惯例化的程度划分为词汇尺度和顺序变量(Pentland,2003b)。词汇尺度指用来描述一个过程的编码的数量,顺序变量指为了达到同样的目标过程步骤不同组合的变化,以顺序变量来说明行动顺序发生变化的可能途径。这种方法通过观察顺序,设计编码方案为顺序编码,使用相应的技术计算其相似性(变化)(详见Pentland,2003b),从而打开了“过程黑箱”,使我们能够分析参与人的行为与组织结构之间的关系(Giddens,1984)。

(二)群体性

作为惯例参与者的个人当然会影响组织惯例(Cohen和Bacdayan,1994),但组织惯例是多个参与人相互作用和相互依赖的行动,惯例把多个参与人和他们的行动联系在一起构成了一个互动模式,因而群体性是组织惯例的另一个显著特征。惯例的群体性不仅表现在团队和组织中,还会出现在组织间(Zollo和Winter,2002),也就是说惯例的产生需要一个(一些)组织(或团队)作为平台,通过集体学习过程,形成新的认识,并调整组织中人与人之间的关系(Edmondson等,2001)。

惯例的群体性意味着一个惯例的实施会涉及组织中或组织间不同地方的参与人,因而组织惯例是分布式的(Cohen等,1996)。惯例在空间上的分布可能非常广泛——实施惯例的多个参与人属于不同的组织单位,位于不同的地方,通过互动建立联系。不仅是空间上的分布,更重要的是参与人拥有的知识的分布。参与人拥有的执行惯例的专业知识通常只有很少一部分与其他参与人的知识是交叉的,在极端的情况下根本就没有重合,这时不同参与人拥有的知识是完全分散的,很难对其进行有效的整合。知识的分散加剧了不确定性,使参与人不能形成有效的互动来形成惯例,因而参与人一定程度的知识共享是惯例形成的必要条件。

Cohendet和Llerena(2003)探讨了惯例群体性的另一个属性,即惯例形成的不同沟通方式。他们提出了三种沟通方式,第一种是层级式沟通如职能性沟通,为了完成给定任务的无意识干中学,共享的是相同(或相似)的专业知识;两外两类是与知识有关的沟通和实践性沟通,均为水平式的沟通。前者是为了产生新的知识而进行的沟通,是有意识的知识编码和循环;后者是围绕着共同感兴趣的某一实践的沟通,是有关特定实践知识的表达。这些不同的交流沟通方式形成了惯例产生和演化的不同背景,使得惯例在可复制性、惯性程度和搜寻潜力方面有很大的差异(Cohendet和Llerena,2003)。

强调惯例的群体性并不否认个人在惯例形成和演化中的作用,Weick(1990)通过对空难历史记录的分析得出结论:“当惯例的参与者开始以更加个人而不是群体的方式采取行动的时候,惯例就可能被打破。”这一发现对了解个人与他们所参与的群体性惯例之间的关系有深刻的含义,为了不破坏组织中的协作,就需要在个人习惯和组织惯例之间保持良好的平衡。在参与者需要合作才能取胜的扑克牌游戏实验中,Egidi(1996)发现组织惯例产生于由个人生产性规则形成的分布式过程中,这就意味着惯例的形成机制是个人规则、兴趣和活动相互影响的结果。

作为群体性活动,有关惯例的另一个有争议的问题是惯例是否是有意的行动。Ashforth和Fried(1988)认为遵循惯例的参与者并没有有意识地付出大量的认知资源,惯例在很大程度上是下意识的活动,但也有学者认为惯例并不是无意识的行为而是需要付出努力才能完成的(Pentland和Rueter,1994)。由于惯例的“结构”部分并不能严格地用来指导操作(Pentland和Feldman,2005),参与人可以在遵循惯例和修正惯例之间做出选择(Feldman,2000;Feldman和Pentland,2003),Feldman(2000,2003)指出变化当惯例重复的时候,参与人总是能以不同的方式对惯例的执行施加一定影响。陈学光和徐金发(2006)认为组织成员之所以遵循“前例”是因为随着成员之间的相互了解和学习逐渐发现了更好的行为方式,对“前例”的相互观察形成了对未来的“预期”,这种隐性的“预期”形成过程中需要付出很大的努力和成本。因而Giddens(1984)指出惯例既不是无意识的也不是自发的,大多数社会活动的惯例化特征是人们在每天的行为中连续努力构建的结果。

(三)背景依赖和路径依赖

惯例的另一个特性是背景依赖和路径依赖。惯例植入到组织结构中,具有明确的背景(Cohendet和Llerena,2003),脱离特定背景的惯例毫无意义,惯例只有在某些背景下才是有效的(Cohen等,1996)。参与人在特定情形(背景)下的行为,表明了一个组织完成工作任务的典型方式(Orlikowski,2002)。背景与惯例之间的互补关系使它既是对惯例的外部支持,又是对惯例转移的制约。惯例难以转移除了自身的原因,如惯例的本质及其边界的模糊造成惯例的某些部分不能复制(Winter和Szulanski,2001),还有背景的差异。惯例的特异性使其总是包含一些特定的环境因素,这些因素是其他地方所不具备的,因而脱离特定的背景空泛地讨论惯例是没有意义的。惯例不能在不同的背景下转移表明不存在普遍适用的最佳实践,而只有针对特定地方的最好的解决方法。这意味着在组织内部复制惯例只能是改良性的,还需要创造一个类似的环境(Kogut和Zander,1992)。

路径依赖性意味着惯例建立在过去经验积累的基础上,其发展演化是起点的函数。惯例会根据反馈结果逐渐适应新的环境,但这是以过去的经历为基础的(Levitt和March,1988;Cohen等,1996)。在逐步增加信息的重复决策实验中,所有参与者做决策时都充分考虑了过去的经验清楚地表明了惯例的路径依赖性。路径依赖还意味着惯例的发展保持在一定的路径上,在一定的起点上沿着特定的路径逐步发展。惯例的改变常常是渐进性的,经历了长时间的演化逐渐形成的。缺乏对过去特定路径的认识,就不可能重现路径并揭示惯例解决问题的方法。

三、惯例对组织的作用

惯例对组织的作用有许多具体表现,但归结起来主要体现为两个方面:提高组织效能和促进组织学习。

(一)提高组织效能

惯例具有解决问题的行动模式和管理与控制机制的双重属性(Cohen等,1996),惯例对组织效能的促进主要通过增强组织的协调和控制以及降低决策中的不确定性实现。

1.强化协调和控制。

Stene(1940)提出“一个组织内的行动协调会随着基本和重复职能成为组织惯例的程度而变化。”Knott和McKelvey(1999)认为就企业效率有两个普遍的观点,即代理理论主张的剩余索取权和组织理论提出的惯例,与代理理论认为剩余索取权是解决监控问题的最有效手段不同,而他们运用美国印刷行业的大样本数据比较了剩余索取权和惯例对公司效率的影响,得出了就协调和控制而言惯例比剩余索取权更有效的结论。企业成长到一定的规模就变成了公众公司,在发展过程中职业经理人形成的“超级惯例”成为了企业的投资惯例,源自“超级惯例”的效率在很大程度上弥补了股权分散引起的代理问题。Segelod(1997)对瑞典主要制造企业的调查也表明标准化的惯例对控制方式的运用有很大的影响,惯例行为比非惯例行为更容易监控和测度,越是标准化就越容易比较,协调一致的行为显然更易于控制。不仅在组织内部,惯例作为组织间的协调手段也比契约更有效,甚至可以在一定程度上取代合同并最终使合同变得不再必要(Langlois和Robertson,1995)。

惯例的协调效应主要表现在两个个方面:一是确定的规则形成的统一和系统化的群体操作,作为对员工行为的程序化的指导最终形成了同步效应(Grant,1996a),惯例所实现的协调一致使任务能够顺利执行,组织惯例的打破首先破坏的是协调行动(Weick,1990);二是每一个参与人都拥有其他参与人行为的知识,对其他参与人行为的稳定预期构成了参与人决策的基础,这种有利于决策的预期形成了共同的高度配合。

就“什么是组织实现协调的最佳途径”这一问题,Gittell(2002)探讨了惯例以及其他协调机制对业绩的影响,他发现惯例对业绩的影响是通过协调组织成员的关系而起作用,惯例通过强化参与者之间的互动对组织的业绩产生积极影响。不完备的组织控制体系为参与者之间的讨价还价提供了很大的空间,主要依靠惯例所形成的缓和调节着参与人之间的关系(Nelson和Winter,1982),这种缓和并不意味着组织内不存在利益纷争或者依靠对组织参与者(成员)的密切控制实现,而是由于惯例所带来的组织内部的稳定关系,使得组织的参与者能够按照正常的秩序完成任务,并在发生纠纷时按照一定的模式加以解决。这种情况不仅出现在工人和经理之间的关系中,还出现在工人们的关系中,经理们的关系中以及经理和利益相关者之间的关系中(Nelson和Winter,2002)。

更进一步的分析,惯例有利于组织的协调和控制的根源在于其本身所具有的稳定性。反复发生的互动模式在一定程度上的重复形成了惯例的稳定性。稳定性提供了一个协调和控制的基准,没有一个稳定的基准来比较,就不可能发现组织中的变化,也就无法纠正偏差,实现有效的协调和控制。稳定性还增强了组织的预见性,有利于事先做出反应并协调进一步的行动(Inkpen和Crossan,1995)。

2.降低不确定性。

因为事先不知道决策可能带来的后果,不确定性造成了决策的困难。组织应对不确定性常用的做法是增加信息量、改进对各种可能性的估计并提高其准确性。但普遍的不确定性使得决策者不但不能预先知道各种可能的结果,也不知道这些结果发生的可能性,最终即使增加了信息量仍然不知道可能的结果。有时虽然得到了更多的信息,但这些信息的含义却是模糊不清的,使决策者不能清楚地认识和理解这些信息(Daft和Lengel,1986)。这样,所获得的新信息不但不能改进对各种可能结果的估计,反而会加剧不确定性。

在不确定性很高的情况下,惯例对决策者的选择过程有很大的作用。Heiner(1983)研究了不确定性和行为规范之间的关系,他认为“更大的不确定性会导致由规则支配的行为,出现越来越多的能够预测的规范,这样不确定性就成为了可预测行为的一个基本来源”,因而惯例与不确定性的降低有密切的关系。Gittell(2002)分析了惯例对绩效的影响,发现不确定性强化了惯例对业绩的影响,其根源在于惯例有助于有限理性的决策者应对不确定性(Hodgson和Knudsen,2004)。Egidi(1996)的实验研究中也发现惯例能从根本上降低决策的复杂性,惯例并不是以增加信息的流动性来应对不确定性,而是由于惯例的增加降低了决策者面临的广泛的不确定性。

惯例有助于决策者应对不确定性体现在两个方面:通过设置一定的参数增强决策者的预见性、释放有限的认知资源(Baumol,2002)。前者不仅在社会层次上通过法律、习俗等使所有的社会成员的行为都符合一定的规范,而且在微观层次的组织内,标准化的操作程序等正式的制度再结合非正式的行为规范就形成了对所有组织成员的特定预期。决策者的认知资源是有限的,不可能知道所有的选择以及每一种选择的所有结果(March和Simon,1958),没有任何一个组织可以同时实现所有的目标,于是决策者的注意力就不得不进行选择性的分配。惯例简化了信息处理过程,有利于决策能力的充分发挥。惯例对信息处理的作用主要表现在三个方面:以价值判断对信息进行筛选、以稳定可靠的来源对信息进行过滤、以惯例本身具有的认知模式对信息进行加工使其可以接受。通过简化信息收集和处理过程和集中决策能力,惯例减少了决策者需要关注的选择空间,使其他们够用少量的精力应对反复发生的事件,把注意力转向非惯例事物。Ashmos等(1998)对美国医院的调查指出,惯例能够节约认知资源是因为在组织中形成了对所遇到的问题的特定反应方式。实验研究表明惯例还能够节约解决问题的时间,即使在时间约束的情况下也能迅速实现互动(Betsch等,1998)。

(二)促进组织学习

组织的知识不仅保存在员工个人的头脑中,还存在于组织所采用的技术以及组织惯例和组织文化中,因而组织学习是以惯例为基础的,组织学习可以看作是通过把过去积累的推论编码为惯例来指导行为(Levitt和March,1988)。惯例对组织学习的促进作用在操作性任务中尤其明显,根据国外的有关资料,在飞机机身生产中,生产单位产品所用的时间和成本随累积产量的增长递减(学习效应),一般情况下,累计产品增长两倍,单位产品的成本会降低20%-30%,这一学习曲线效应充分反映了惯例和组织学习之间的关系。反复执行任务对操作者的训练促使其更有效的完成任务,获得更高的质量,最终形成了“干中学”。Becker(2005)认为这种“干中学”是因为惯例为学习提供了一个稳定的基准来评估和反馈,使参与者能够比较和把握学习的内涵。

不仅是干中学,惯例对组织学习的影响还体现在所形成的组织记忆(Cohen和Bacdayan,1994)以及知识整合机制(Grant,1996b)中。惯例能够储存知识,在Nelson和Winter(1982)的“An Evolutionary Theory of Economic Change”一书的“作为组织记忆的惯例”一章中详细阐述了组织活动的惯例化构成了特定操作性知识的重要储备形式。惯例是企业知识库中的重要组成部分,代表了“对特定问题的成功处理”(Zollo和Winter,2002)。惯例与其他形式的知识储备的主要不同是密切的协调和广泛的信任有利于默会性知识的储存(Knott,2003),组织成员需要通过组织惯例中的行动和复制组织惯例来吸收和利用他们拥有的默会性知识,从而形成了程序性组织记忆(Cohen和Bacdayan,1994)。

在组织的两类记忆中,陈述性记忆与事实或经历有关,可以储存在文件、数据库中;程序性记忆则主要指技能或“know-how”(Cohen等,1996),定义为“如何做事的记忆”,很难用语言清楚地表达,常常反映了组织中的默会性知识(Cohen,1991)。比较而言,陈述性记忆比程序性记忆衰退的更快,典型的例子是人们虽然忘掉了语法规则,但仍然能写出(或说出)正确的句子(Cohen,1991)。程序性记忆的另一个关键特征是会被无意识接受(Moorman和Miner,1998)。惯例作为程序性记忆不仅在组织成员完成任务的过程中形成了高度的协作,“选择被简化为对定义刺激的一个固定反应(March和Simon,1958)”,更重要的是形成了组织成员共同接受的认知结构,促进了组织成员对新知识的理解和认同。

惯例提供了一个不依赖于显性格式知识沟通的协调机制(Grant,1996b)。知识的默会性使得要用文件、手册、规则、数据库等方式表达就不可避免地会造成知识损失,而惯例却能够有效地整合组织中个人拥有的知识以及分散在组织中不同地方的知识。惯例形成的主动行为模式,提高了组织成员对任务角色和彼此关系的认识(Jansen等,2005)。由于背景的差异,知识的转移往往要求对知识进行再加工和再创造,随着惯例复制,植入惯例中的知识顺利地实现了转移,而作为组织以外的模仿者常常不能直接观察要复制的惯例,因而惯例能够有效地把知识转移到新的背景中(Cohen和Bacdayan,1994),有利于组织更密切地协作以实现对知识的开发利用(Grant,1996b)。

四、总结与讨论

本文的内容可以用图1来总结。图1概括了本文的主要内容,也是对近年来有关组织惯例研究的一个回顾。惯例研究的多学科性及其内涵的宽泛造成了理解上的差异,把组织作为研究对象的组织理论显然不能把惯例看作是个人的习惯、生物的基因或者计算机软件,因而本文采用了Becker(2005)的惯例是重复互动模式的定义。

已有的对组织惯例的研究既有理论分析,也有大量的实证和实验研究,涉及团队、组织和组织间等多个层次,取得了丰硕的成果,但Cohen(1996)等早已指出未来的惯例研究需要深入探讨惯例的形成和演化,目前缺失的是全新的惯例内生理论(Becker等,2006)。

如同许多学科把从事物的内部结构(构造)入手来揭示其规律性作为基本的研究方法一样,要真正有效地认识和管理组织惯例,就需要着眼于惯例的内部特征,剖析惯例的组成及其对组织的作用。Pentland和Feldman(2005)认为要打破惯例这个黑箱就需要研究分析一个惯例的每一个方面以及考察一个惯例各个方面之间的交互作用。惯例具有作为问题解决行动模式和作为管理与控制机制的双重属性(Cohen等,1996),操作层面的惯例的研究主要是针对任务的复杂性、相互依赖性、时间压力等分析频率、顺序对重复互动的影响及其产生的结果(Becker,2005),但对企业组织来说显然更有意义的是深入探讨战略管理与组织惯例之间的关系,企业竞争力的基础是所拥有的植入其惯例和程序中的知识(Keeble和Wilkinson,1999)。

稳定性和适应性是企业战略管理需要把握的主题之一,组织惯例恰恰是稳定性和适应性的统一。惯例的路径依赖既受外部环境演化的影响,又受组织自身发展经历的影响。与外部环境的作用相比,更重要的是组织自身发展经历的限制。组织过去的成功经历形成的正反馈是惯例路径依赖性的主要原因。当作为“创造性的毁灭”出现的根本性技术变革要求掌握全新的知识的时候,行业中已有的企业更可能失败(Tushman和Anderson,1986),其根源就在于正反馈所形成的“能力陷阱”(Levitt和March,1988)。由于惯例的结构性植入和重复使自身不断得到强化(Feldman和Pentland,2003),组织逐渐陷入了反应式学习模式而缺乏新的搜寻努力(March和Simon,1958)。当出现了全新的知识领域并需要开发新的能力的时候,企业就可能会陷入能力“陷阱”,从而使核心能力变成了“核心刚性”(Leonard-Barton,1992)。

企业的战略转换首先是惯例的改变。对信息技术和其他制造领域的创新研究表明,即使是最先进的系统也可能会闲置,如果技术不能融入组织的惯例体系,重大的组织重组和技术投资也不能发挥作用(Cohen和Bacdayan,1994)。新的战略意味着新的学习过程,企业必须从战略上协调由此产生的新的关系,只有在它们被认识和成为惯例化的活动之后才能通过正式的组织结构协调(Stieglitz和Heine,2007)。因此,今后对惯例研究的重点应该转向战略转换和创新如何融入或改变作为组织能力宝库的惯例。

我国学者对组织惯例的研究较少,近年来已经有部分学者注意到了组织惯例的重要性,但总体上侧重于一般性地阐述惯例的演化(高展军,李垣,2007)以及惯例与组织变革的关系(芮明杰,任红波和李鑫,2005;张铁男,张亚娟和韩兵,2009),或者用惯例的概念来分析组织的演化(金雪军,陶海青和陆巍峰,2003;陈学光和徐金发,2006),缺乏对惯例形成、特征、作用的深入分析,更没有相关的实证研究,而对于具有很强的路径依赖和背景植入性的组织惯例来说这一点非常重要。对我国学者而言,借鉴国外已有研究成果,深入研究探讨我国企业组织惯例与战略管理和组织学习之间的关系,是未来组织与战略研究的一个重要领域。

组织特征及性能 篇8

利用热喷涂技术制备非晶纳米晶涂层是对非晶纳米晶制备技术新的开拓。目前用于制备非晶纳米晶涂层的热喷涂技术主要集中在等离子喷涂[2]和高速火焰喷涂[3]。相对这些技术而言,电弧喷涂技术是一种低成本、简单高效的涂层制备技术。郭金花[4]等利用电弧喷涂制备了Fe基含非晶相涂层,其非晶相含量为45.22%(体积分数,下同)。 傅斌友[5]等利用电弧喷涂铁基粉芯丝材,获得了49%非晶相含量的涂层,该涂层具有良好的耐磨性。这些研究表明电弧喷涂技术可以实现涂层非晶化,因此开发低成本材料提高涂层中非晶相含量,从而改善涂层性能的研究具有十分重要的意义。

本工作利用高速电弧喷涂自制的粉芯丝材制备铁基非晶纳米晶复合涂层。对涂层的组织和力学性能进行了研究,并着重分析了涂层中非晶纳米晶的形成机理。

1 实验材料、设备及方法

喷涂材料为自制的ϕ2mm粉芯丝材,基体材料为45钢。喷涂前,基材表面用丙酮清洗除油净化,进行喷砂预处理,完毕后立即喷涂。喷涂的主要工艺参数如下:喷涂电压36V,送丝速度2.8m/min,喷涂距离200mm,气压0.7MPa。设备采用装备再制造技术国防科技重点实验室的自动化高速电弧喷涂系统。涂层主要化学组成为Fe64.82Cr9.23B20.69Si1.9Mn1.01Nb1.8Y0.55(原子分数/%,下同)。

采用D8型X射线衍射仪对涂层进行相结构分析,利用Quanta 200型环境扫描电镜分析涂层截面的显微结构和表面冲蚀形貌。采用HVS-1000 型显微硬度计测量涂层表面以及截面的显微硬度,载荷为1.98N,加载时间15s。从涂层顶部线切割截取0.3mm薄片,由里向外机械减薄至0.1mm,再由离子轰击减薄制成TEM 试样。TEM 观察在H-8010型透射电镜上进行。

磨损实验采用MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机,磨损实验参数如下:载荷100N,橡胶轮转速240r/min,磨料为 0.212~0.425mm的石英砂,磨损时间为5min。实验前采用200目砂纸对涂层和45基体表面进行预磨处理,然后用1000目砂纸进行精磨。材料耐磨性用磨损量来表征,实验前后均采用精度为0.1mg的BS224S型电子天平称量。

2 结果与讨论

2.1 涂层相结构分析

图1为涂层的XRD曲线图谱。可以看出在2θ=45°处出现了一个漫散射峰,这是典型的非晶态结构的XRD 图谱,说明在电弧喷涂过程中已经形成了非晶相。通过Verdon方法[6]对XRD图谱进行Pseudo-Voigt函数拟合,计算得到涂层中非晶相的含量为63.2%(体积分数)。在X射线图谱中还存在强度不高的晶化峰,说明涂层在沉积过程中形成了少量的晶体相,经分析为α(Fe, Cr)相。图谱中没有氧化物峰存在,说明涂层在沉积过程中很少发生氧化。

2.2 涂层形貌分析

图2为涂层截面组织形貌。涂层的厚度约为0.5mm。涂层组织均匀,结构致密,层与层之间结合完好,没有裂纹。涂层与基体结合紧凑,界面处没有出现裂纹,只有少量的孔隙存在,如图2a所示。涂层局部区域的结构呈现出块状材料的特征,涂层固有的层片状结构不是十分明显,如图2b所示。这是因为在喷涂过程中,连续沉积的熔融态粒子在凝固时会释放结晶潜热,从而导致涂层局部区域产生过热现象[3]。当粒子的温度值接近非晶转变温度时,会产生热软化,这将促进喷涂粒子间发生塑性变形和机械互锁机制;同时,热软化现象改善喷溅粒子的表面洁净度,从而使得粒子与粒子间发生微区的冶金结合[7],因此非晶涂层具有较高的浓度和致密度。利用图像分析软件测量涂

层的孔隙率为1.7%。涂层主要化学组成为Fe64.82Cr9.23B20.69Si1.9Mn1.01Nb1.8Y0.55。

图3是涂层表面粒子的形貌。可以看出,喷涂粒子基本接近于圆形或椭圆形,说明粒子能很好地在涂层的表面铺展,很少发生飞溅现象。由于B,Si元素的加入,在丝材熔化的过程中起到自熔剂的作用,能够降低合金熔点,自行脱氧;同时降低表面张力,减少润湿角,增加润湿性能。这也是涂层具有低氧化物含量、孔隙率和高致密度原因之一。

2.3 涂层组织结构分析

图4为涂层的微观组织结构形貌。图4a是涂层中形成非晶相的微观衍射图,可以看出涂层的内部组织比较均匀,微观组织衬度均一,电子衍射花样的特点是中心有一漫散的中心斑点及漫散环,这种漫散的非晶衍射斑点的存在是非晶态的典型特征,说明涂层在形成过程中形成了完全非晶区域。

在喷涂过程中,熔融的液态粒子的瞬间凝固速率约为105K/s[8],这为非晶的形成提供了条件。Fe-Cr-B-Si-Mn-Nb-Y系粉芯丝材具有高的非晶形成能力,其组成中不同的原子尺寸和混合热焓在非晶的形成过程中起了很重要的作用[9]。材料组成中类金属(B,Si)含量的增加也会增强非晶的形成与稳定性。加入小原子尺寸的元素使体系原子尺寸差增大,混乱度增强、长程无序性增加。硼和硅的加入可以降低合金的熔点,还能扩大固相和液相之间的距离。Y和Nb元素作为大原子(Y > Nb > Cr > Mn > Fe > Si >B)添加到合金当中时,能够与周围彼此约束的近邻原子包括基体原子和小原子形成类似网状结构或骨架结构。这种结构的形成能够进一步阻碍原子的扩散或者原子团的迁移,使原子的有序化程度降低;同时非晶基体上的这种骨架结构能够增强过冷熔体的稳定性,进一步抑制晶体相的形核和长大,增加非晶相形成的倾向性。另一方面,Fe-B,Fe-Si,Fe-Cr和Fe-Nb组成的混合热焓分别为-11,-18,-1,-16kJ/mol;Cr-B,Nb-Si,B-Nb,Y-Si 和Y-Fe组成的混合热焓分别为-16,-31,-39,-57,-11kJ/mol[10]。可以看出,随着Nb,Y的加入使得各组元中混合热焓的负值越来越大。大的负混合热焓能够加强各组元间的相互反应,促进结构的无序性,增加非晶的形成。

图4b为非晶纳米晶微观组织形貌。衍射花样由中心较宽的晕及漫散的环组成,同时在漫散的非晶衍射环上还分布着一系列小的多晶衍射斑点,经标定为体心立方结构的α(Fe, Cr) 相。纳米晶簇镶嵌于非晶相中,并均匀分布在组织均匀的非晶涂层上,其尺寸为30~60nm。图4说明制备的涂层结构为非晶与多晶并存,多晶的晶粒为纳米级。

由于非晶态在热力学上是一种亚稳状态,其自由能较高,在一定条件下,具有降低能量转变成晶体的趋势。虽然在喷涂过程中,涂层总体的温度较低,但喷涂后续涂层产生的热量作用于前一涂层,相当于对已形成的非晶进行了退火[3];同时,喷涂液滴固化释放的结晶潜热也为纳米晶的形成提供了部分热量。另外,在非晶态材料中存在一定程度的短程有序结构及有序原子集团,非晶中的有序原子团为非晶向纳米晶的转变提供了非匀质形核质点位置,在后续涂层提供的热量和结晶潜热的作用下,部分非晶转变成了纳米晶[11]。

2.4 涂层硬度及磨损性能分析

图5是涂层的显微硬度沿截面分布图。非晶涂层的硬度在HV0.1=900~1050范围内变化,其最大硬度为HV0.1=1031。由于涂层中含有非晶相,并且具有低的孔隙率和高的致密度,因此涂层的硬度较高。

图6为涂层与基体材料的磨损量比较图。在相同磨损条件下,非晶涂层的磨损量小于45钢基体,涂层相对耐磨性为45钢的7倍。说明非晶涂层具有良好的耐磨性。

涂层的耐磨性主要由涂层的组织结构所决定。在喷涂过程中,铁基粉芯丝材经熔化在高速气流的作用下撞击基体表面,发生快速凝固,形成非晶纳米晶涂层。这种涂层与基体结合紧密,结构致密,孔隙率小;并且非晶基体中存在弥散分布的α(Fe, Cr)纳米晶颗粒(图4b所示),这些纳米晶颗粒在一定程度上起到弥散强化作用[12],在磨损过程中阻止材料的去除;另一方面,涂层含有大量非晶相,这些非晶相本身就具有良好耐磨性。这些因素决定了非晶纳米晶涂层具有良好的耐磨性。

图7为涂层与基体磨损表面SEM形貌。从图7a可以发现,45钢的磨损表面呈现出连续平行的犁沟,这种现象是由于硬质磨粒嵌入被磨损的表面,在外力的作用下切削基体,从而导致材料的去除。因此,切削与犁沟是其材料去除的主要机制。然而,非晶纳米晶涂层的磨损表面存在裂纹与“弹坑”形貌,如图7b所示。在磨损过程中,当硬质磨粒嵌入涂层表面时,首先在涂层的表面发生塑性变形,产生少量的微裂纹和小凹坑形貌,随着实验的继续,在连续硬质颗粒反复的作用下,微裂纹逐步萌生和扩展,当微裂纹长度超过基体断裂强度的临界尺寸时,块状涂层会发生松散和断裂,从而形成大的“弹坑”形貌。这种材料的去除机制主要是脆性断裂机制[13]。

3 结论

(1)利用电弧喷涂技术在45钢基体上制备了FeCrBSiMnNbY系非晶纳米晶涂层。

其组织致密,孔隙率低,其值为1.7%。

(2)涂层的组织由非晶相和α(Fe, Cr)

相纳米晶组成。非晶相含量为63.2%;纳米晶尺寸为30~60nm,并均匀分布在非晶基体上。

(3)非晶纳米晶涂层的显微硬度为HV0.1=900~1050;涂层具有良好的耐磨性能;

在相同磨损条件下,其相对耐磨性为45钢的7倍;涂层的磨损机制主要为脆性断裂机制。

摘要：利用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备了FeCrBSiMnNbY系非晶纳米晶涂层。采用扫描电镜、能谱分析仪、透射电镜和X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,着重分析了非晶纳米晶的形成机制,并利用湿砂橡胶轮式磨损试验机对涂层的磨损性能进行了研究。结果表明:涂层的组织主要由非晶相和α(Fe,Cr)相纳米晶组成;α(Fe,Cr)相纳米晶均匀分布于非晶基体内。涂层的组织均匀,结构致密,平均孔隙率为1.7%;非晶纳米晶涂层具有较高的硬度和良好的耐磨性,其失效机制主要为脆性断裂机制。

组织特征及性能 篇9

本工作以NaOH为改性溶液改性AC,在对比HNO3改性AC的基础上,对AC表面含氧官能团数量变化的机理进行了探讨,并研究了改性AC吸附甲醛的化学机制。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

AC:颗粒状果壳AC,经水蒸气物理活化法活化,含湿量10.67%,pH 6.7,碘吸附值1 098.6 mg/g,亚甲基蓝吸附值120 mg/g。所用试剂均为分析纯。

KYKY2800B型电子显微镜(SEM):北京中科科仪有限公司;722型分光光度计:上海第三分析仪器厂;YQ-201S型采样器及小型气泡吸收管:小天鹅仪器有限公司。

1.2 改性AC的制备

将AC用去离子水洗涤数次至洗涤液澄清无色,在干燥箱中于105℃烘干24 h,然后置于干燥器中备用。向装有20 g洗净AC的锥形瓶中分别加入40 mL不同浓度的HNO3和NaOH溶液,30℃下振荡2 h,静置24 h,滤去浸渍液,将改性AC放入干燥箱中在100℃下烘干2 h,再用去离子水清洗至中性,于105℃烘干24 h,然后置于干燥器中备用。

1.3 实验方法

改性AC吸附甲醛的效果以其吸附穿透时间的长短来评价。评价装置为自制AC动态吸附甲醛气体装置,主要包括气体发生装置和气体吸附装置,气体流量为7 L/min,进气中甲醛体积分数保持在70%,由空压机鼓出后通过转子流量计控制,聚氯乙烯吸附柱直径4 cm,柱内改性AC层高度为1.5 cm。气体通过吸附柱后即用采样器采气并测定其中的甲醛含量,甲醛质量分数由0升至3%所用时间即为改性AC吸附甲醛的穿透时间。

1.4 分析方法

采用Bothem法[8]测定改性AC表面的官能团浓度(以每克改性AC表面的官能团的物质的量计)。采用乙酰丙酮分光光度法测定甲醛质量分数。

2 结果与讨论

2.1 NaOH溶液质量分数对改性AC表面官能团浓度的影响

NaOH溶液质量分数对改性AC表面官能团浓度的影响见图1。由图1可见:随NaOH溶液质量分数增加,改性AC表面羧基浓度降低;当NaOH溶液质量分数为20%时,改性AC表面羧基浓度最低。这是因为,羧基呈弱酸性,能与NaOH发生中和反应,使改性AC表面羧基浓度降低。当NaOH溶液质量分数为30%时,由于NaOH溶液的清洗作用达到最大,改性AC表面羧基浓度最高,达0.25 mmol/g。

AC表面官能团:●羧基;■酚羟基;▲内酯基;◆羰基

由图1可见,随NaOH溶液质量分数增加,改性后AC表面酚羟基和内酯基浓度都先增加后降低,且都在NaOH溶液质量分数为30%时达到最高,分别为0.66 mmol/g和0.55 mmol/g。这是由于,酚羟基呈酸性,能与NaOH发生中和反应,而内酯基也能与NaOH发生化学反应。NaOH溶液质量分数低于30%时,随NaOH溶液质量分数增加,NaOH溶液的清洗作用逐渐增强,改性后AC表面出现更多酚羟基和内酯基。

由图1可见,随NaOH溶液质量分数增加,改性后AC表面羰基浓度逐渐增加,且在溶液质量分数为30%时,其浓度达到最大,此后基本保持不变。这是因为,AC表面醌式羰基有孤对电子,表现为一定的碱性,不与NaOH反应,因此可以认为AC表面羰基浓度的增减主要由清洗作用决定。

由图1中各官能团浓度变化情况可以看出,质量分数为30%的NaOH溶液对AC表面的清洗作用最大,能将AC表面的杂质基本清除,此时AC表面羧基、酚羟基、内酯基和羰基浓度均达到最大。随着NaOH溶液质量分数继续增加,因清洗作用而出现的官能团不再增多,此时能与NaOH溶液发生反应的羧基、酚羟基、内酯基浓度减小,而不与NaOH溶液发生反应的羰基浓度基本不变。

王重庆等[9,10,11]认为改性前后AC表面官能团浓度变化的原因在于改性溶液的有效成分与AC发生了化学反应。笔者认为发生这些变化主要有两个原因:(1)改性溶液的清洗作用。在化学试剂浸渍改性过程中,附着在AC表面及堵塞在孔隙中的杂质被清洗掉或与溶质发生反应后溶解到溶液中,从而使改性AC表面出现更多官能团。AC改性前后的SEM照片见图2。由图2可见:改性前AC表面附着了大量杂质;改性后AC表面杂质含量明显减少,AC表面暴露出更多孔隙。(2)改性溶液与AC表面官能团发生化学反应。AC表面官能团与浸渍溶液中的有效组分发生反应,生成或消耗了某种官能团,从而使改性后AC表面官能团浓度发生变化。改性后AC表面官能团浓度变化是这两个因素综合作用的结果。

2.2 改性AC吸附甲醛的效果

前人研究发现,HNO3改性AC比其他化学试剂(如H2 O2,H2SO4等)改性AC对极性气体的吸附效果好[7]。改性溶液质量分数对改性AC吸附甲醛的吸附穿透时间的影响见图3。由图3可见:NaOH溶液质量分数为30%时改性AC吸附甲醛的吸附穿透时间最长,且明显长于任何浓度下HNO3改性AC的吸附穿透时间;在NaOH溶液质量分数超过45%后,HNO3改性AC吸附甲醛的吸附穿透时间长于NaOH溶液改性AC。

改性溶液:●NaOH;■

改性AC吸附甲醛穿透时间的长短与其吸附量的大小呈正比,而AC对甲醛的吸附包括物理吸附和化学吸附两个过程,因此改性后AC对甲醛吸附量的增加相应来自这两方面。物理吸附量增加原因为:在化学试剂浸渍改性AC过程中,通过清洗作用使AC有效比表面积增大,从而增加其吸附甲醛气体的量。化学吸附量增加的原因为:在改性过程中提高了AC表面的酚羟基浓度,而酚羟基能在室温下与甲醛发生缩合反应,从而使AC吸附甲醛的量增加。

改性AC表面酚羟基浓度的大小与改性AC吸附甲醛气体穿透时间的长短呈正比。AC改性前,酚羟基浓度为0.26 nmmol/g,吸附甲醛穿透时间为4.8 h;经质量分数为30%的NaOH溶液改性后,酚羟基浓度增加到最大,为0.66 mmol/g,改性AC吸附甲醛穿透时间也增加到最长,为12.0 h;即酚羟基浓度增大2.5倍,吸附甲醛穿透时间增长2.4倍。由此可见,改性AC表面酚羟基浓度的大小与改性AC吸附甲醛穿透时间的长短呈正比。

3 结论

a)以NaOH溶液对AC进行改性,改性AC表面的羧基、酚羟基和内酯基等官能团均与NaOH发生化学反应,质量分数为30%的NaOH溶液对改性AC表面的清洗作用最大,能将AC表面的杂质基本清除,此时AC表面羧基、酚羟基、内酯基和羰基浓度均达到最大。

b)经质量分数为30%的NaOH溶液改性的AC吸附甲醛的效果最好。改性AC表面酚羟基浓度的大小与改性AC吸附甲醛气体穿透时间的长短呈正比。

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组织特征及性能 篇10

产业组织理论 (Industrial Organization) , 主要研究市场在不完全竞争条件下的企业行为和市场构造, 是微观经济学 (个体经济学) 中的一个重要分支。产业组织理论的研究对象就是产业组织。产业组织理论主要是为了解决所谓的“马歇尔冲突”的难题, 即产业内企业的规模经济效应与企业之间的竞争活力的冲突。虽然早在19世纪, 微观经济学已经成型, 但产业组织理论直到二十世纪六十年代才为人们所公认。1960年, 哈佛大学的乔·贝恩 (Joe.Bain) , 爱德华·梅森 (Edward.Mason) 两名教授用实证研究探讨了产业组织理论的研究范畴, 提出了著名的“结构-行为-绩效”范式。这一范式认为, 市场结构决定了企业行为, 企业行为产生市场绩效。虽然这一研究范式合乎常理, 但它的理论依据是不足的, 本质上它仍是经验性的产业研究。“结构-行为-绩效”范式的产生不仅奠定了产业组织理论的学术地位, 而且激发了这一理论的第一轮研究热潮。

从以上分析可知, 产业组织理论的缘起实质遵循的是古典经验主义思想。古典经验主义 (Empiricism) 认为, 人类知识起源于感觉, 并以感觉的领会为基础。经验主义认为, 是观察引发了人们对知识的掌握, 也即观察产生知识。根据经验主义对理性主义的排斥程度, 经验主义又可分为温和的与激进的。针对理性主义者放弃感性经验的主张, 早期激进的经验主义者声称唯有观察和感觉者是唯一有效的知识源泉;经验主义者认为事实上, 人的感觉经验能够发现和揭示真理 (周晓亮, 2004) [1]。从产业组织理论的起源看, 确实是经验性的研究初步发现和揭示了“产业组织”这个相对的真理。贝恩和梅森正是通过大量的数据观察, 发现了企业“结构-行为-绩效”间可能存在某种关联。在这一阶段, 产业组织领域基本没有理论基础, 理性主义在这里几乎找不到可以证实的痕迹。

二、产业组织理论的发展:现代经验主义的方法

产业组织理论诞生后, 其以迅猛的发展证明打破了古典经验主义的思维范式, 很快表现出现代经验主义、特别是逻辑实证主义的特征。现代经验主义思想核心是逻辑实证主义, 又称为新实证主义、逻辑经验主义。它是以经验为根据, 以逻辑为工具, 进行推理, 用概率论与计量方法来修正结论。与古典经验主义完全依赖案例分析或数据挖掘分析的思想不同, 现代经验主义其实更倾向于理性主义, 但是其仍然强调以经验认识为依托, 以量化的分析为基础。然后从经验角度认为外部客观世界是可以被认识、被量化的。

产业组织理论的研究学者们在对经验事实进行观察并得出初步感性的结论后, 很快发现他们根据经验事实计量分析而得的结论 (多数是变量间的联系) 只能被解释为相关性或“述性统计”, 而不是因果关系。这是因为变量间存在着复杂的内生性, 在没有理论分析、而且实证数据相当缺乏的环境中, 要找到因果关系 (科学规律) 非常困难。

产业组织理论的经验主义研究者面对这些困境, 开始逐步放弃古典经验主义方法, 转向现代经验主义的研究范式。他们试图寻找更基本的外生变量去说明问题, 也就是说, 变量的选择以可证实性或可检验性和可确认性原则为基础, 在经验观察的基础上, 通过更严密的逻辑分析以消灭形而上学。按照这样的研究范式, 产业组织理论取得了一定的研究进展, 部分原先不可解释的因果关系通过变量的选择和替代, 以及计量技术的充分运用得到了合理的解释。产业组织理论的现代经验主义方法体现在了20世纪80年代后的一系列经典文献中。比如, Bresnahan (1987) [2]对美国机动车行业的竞争度的实证研究;Antle和Smith (1986) [3]对经理人激励方式优劣性的实证研究;Stigler和Sherwin (1985) [4]对市场规模决定因素的实证研究;等等。这些实证文献几乎遍及产业组织理论的每一个领域, 它们的一个共同之处在于:都试图通过严谨的、先进的实证方法和完善的研究数据, 为产业组织理论中的某个问题建立或完善逻辑分析结构。

三、产业组织理论的第二次高潮——经验主义到理性主义

产业组织理论的研究者们很快发现了现代经验主义的局限性。因为基于此研究, 常常因为难以收集到精确计量基本因素与产业关系所必须的基本资料, 而难以得到完善的逻辑分析体系。这时, 博弈论作为一个重要的分析工具被越来越广泛地应用于经济学研究。借助这一工具, 可以在数据缺乏的情形下, 通过数理逻辑演绎给出看起来比较“完美”的问题解决方案。于是, 研究者们这一次彻底偏向了理性主义, 原来先经验后理性的逻辑实证主义倾向了先理性后经验的模式, 并且, 理性主义在这里显然占了上风。

罗素和维特根斯坦最早提出“理性命题”到“经验验证”的思想。罗素认为, 语言命题与经验世界之间是表述与被表述的关系。假如语言正确地表述了经验世界, 符合经验事实, 它就是真的, 反之则为假的。康德更是进一步将逻辑范畴必然性看作是科学知识的形式条件, 认为理性主义可以脱离经验主义而存在, 从而形成了更纯粹的理性主义。

产业组织理论在发展了一段时间后, 其发展轨迹逐渐由经验主义走向了理性主义。1970年代以芝加哥学派的理论为代表, 掀起了第二次产业组织理论研究早潮。芝加哥学派完全遵循理性主义哲学, 更加重视对“结构——行为——绩效”间关系的理论分析。认为应该从价格理论的基础假定出发, 强调市场的竞争效率, 主要代表人物有斯蒂格勒、德姆塞茨、波斯那、麦杰 (Y·McGee) 等。芝加哥的主要理论思想范式是竞争性均衡模型。其关键是提出了在长期均衡中的配置效率和技术效率, 配置效率的条件是价格等于长期边际成本, 技术效率的条件是价格等于企业长期平均成本曲线最低点, 这就意味着产业的产出不管资本是不足还是过剩, 都处于最优规模边界下。在竞争性模型中, 资源配置和技术效率主要源于两个结构性条件——即市场上参与交易的数量和市场允许进入的程度。经过了这一时期的发展, 产业组织理论已成为一门相当理论化的学科, 理论对经验证据的比率高的连产业经济学家自己有时也觉得遗憾。无论经验研究是否能够跟上, 理性主义哲学已经在这一领域的研究大行其道, “先天的”理论研究在前 (并且成为主体) , “后天的”经验证实在后已成为产业组织理论的一大研究特色。

在这一时期, 产业组织理论着力于建立一个统一的、能够普遍解释“结构——行为——绩效”关系的理性思维框架。产业组织理论的理性主义范式也逐渐产生了诸多争议。主要体现在两方面:一是理性经济人假设的争议。这也是产业组织理论中最有争论的领域之一, 大量的分析表明如果仅仅将产业中的企业作为“厂商”是不够的, 企业内部的组织结构和权威机制及企业决策的“有限理性”都不能满足“最大化”行为的假定。但新产业组织理论仍然保持着单个人的“理性”假定, 在此基础上, 对企业组织和企业行为进行进一步的扩展。由于经济人是产业组织理论的主要研究对象, 对理性经济人假设的怀疑就动摇了产业组织理论的现代理性主义哲学根基。二是研究范畴的争议。原本产业组织理论集中于市场“结构——行为——绩效”的研究, 但后来逐渐扩充到不完全信息、不确定信息与政府干预等相关领域, “结构——行为——绩效”的研究框架日益模糊。由于这些争议的出现, 一个完美的逻辑体系看起来离产业组织理论渐行渐远, 现代理性主义研究范式也开始出现后现代特征。

四、产业组织研究的现状:后现代特征及其意义

随着研究的深入, 产业组织理论的研究假设与研究边界日益不确定。产业组织理论的代表人物泰勒尔指出, 产业组织理论虽然始于厂商结构与行为研究, 但内容远较企业经营战略丰富, 要给产业组织理论下一个精确的定义是非常困难的。不完全竞争市场、不完全信息、不确定理论、政府干预、博弈论、动态分析、演化经济学等内容逐渐进入产业组织理论的研究范畴。能够解释产业组织领域的大一统理论不仅没有出现, 反而看起来距离我们越来越遥远。2007年的诺贝尔经济学奖授予了三位产业组织中的机制设计理论研究学者说明产业组织理论的精细的、基于不确定性与不完全信息的分析方法已牢牢占立了一席之地。

由此可见, 就目前产业组织理论的发展而言, 已经进入了根据存在的各领域研究成果进行整合扩展原有研究领域, 而不是根据产业组织理论固有逻辑去包括其他相关研究成果的阶段。由此而使得这一阶段的产业组织理论日益呈现出解构主义、不确定性和内生性等后现代主义特征。我们知道, 现代主义是寻求永恒真理, 而后现代主义是对是否存在这些永恒真理持高度怀疑态度;现代主义是寻求知识的明确表征, 而后现代主义认为“知识的状态随着社会进入后工业时代以及文化进入后现代时代而改变着”。后现代主义的规定特性就是对现代主义规定特性的排斥, 并代之以:一是信仰多元化;二是全方位的审视技术所带来的结果;三是审视发展是否总是必然的, “技术发展”可能根本就不是发展。根据我们处于信息技术时代的知识状况, 后现代主义是以存在论代替现代主义的认识论, 用模拟取代现实。

(一) 解构主义。

首先我们探讨产业组织理论中的解构主义现象。我们知道, 产业组织理论原本的核心任务就是为市场运行机制提供强有力的理论解释。这意味着市场的作用与企业行为是产业组织理论研究的重点任务。政府和其他组织的作用, 在一些经典文献中要么不予考虑, 要么就外生处理 (如Gilbert and Vives, 1986[5];Grossman , 1981;[6]等) 。但目前政治经济机制已日益成为一个基础性的研究对象 (如Acemoglu等, 2008[7]) ;而且环境因素等一些原本不属于产业组织理论研究对象的内容现在看来却无法忽视, 比如Manne and Richels (2004) [8]就详细考察了企业发展对二氧化碳排放问题的影响。因而, 从研究对象我们可以看到解构主义在产业经济理论研究中的重要地位。

(二) 不确定性。

在研究方法上, 完美信息博弈、非合作博弈等易于得到明确解析的推理方法已经不再占据主流地位。由于更多的现实问题面临的是不完美信息下的合作博弈, 像随机博弈、开环博弈等方法已在产业组织理论研究中大量采用。与现实结合的、多种复杂研究方法的引入带来大量无解析解的情况出现;原有确定性较强的研究结果逐渐变得不确定。越来越多虽然更符合现实但却又结论更不确定的研究在产业组织理论中兴起。比如, Long (1992) [9]用开环随机博弈分析了国际污染物的合作治理问题, Barrett (2001) [10]用随机博弈分析了跨国销售的合作问题, 等等。这些研究不仅将不确定性的结果包含到了模型中, 而且还拓展了各种多重均衡的状况。不确定性结论虽然丰富了产业组织理论的研究对象和结果, 但却进一步模糊了产业经济学的理性主义。

(三) 内生性问题。

产业经济学的理性主义强调逻辑体系的严谨性, 往往通过抽象的数理模型推导出某个变量是另一个变量的成因或结果。比如, Grossman and Shapiro (1986) [11]构造了严谨的理论模型, 证明了企业合作进行创新, 对实现产业进步有重要的影响, 可以加快创新进程。但泰勒尔 (1998) [12]指出, 反过来看, 创新进程的情况也会影响企业进步。因而, 企业合作和产业进步、创新进程间就存在很强的内生性。如何解决这种内生性问题, 是产业组织理论不断探讨的前沿。要论证可能存在的内生性, 一个重要的手段是借助计量工具, 把内生性分离出来。另外, 随着经济发展和经济统计数据日益完善, 实证研究的条件越来越成熟。如此一来, 实证研究又再次成为产业经济学研究中一个重要的组成部分, 理性主义的主导地位被大大动摇了。

中国由于各项经济制度正处于转轨过程中, 产业组织理论的后现代特征更为明显。比如, 产业组织理论中的动态博弈分析系统因为是在西方金融制度环境下建立起来的, 远远不能适应中国金融市场的需要, 而中国的经济学家们又很难独立建设起完善的金融制度变迁下的动态分析系统。其中他们遇到的最大困难在于, 金融制度变迁的路径有许多条 (趋于无穷) , 经济学家们根本不可能为每条路径都及时建立起动态分析系统。在这样的一种状态下, 一方面, 到底还有多少规律性的东西存在是令人怀疑的, 因而解构性、不确定性特征也更为明显;另一方面, 电子计算技术的进步为经济学家们建立更复杂的动态分析系统无疑提供了越来越大的帮助, 并使得内生性问题得到越来越多的关注和解决。在转型经济的中国, 产业组织理论计量与理论分析系统正日趋精细, 但仍远称不上完善。产业组织理论在这里呈现出更明显的研究范畴模糊、研究结论不精确与不确定的特征。

回顾产业组织理论的发展历程, 1960年代贝恩等人的研究可以说宣告了一个研究范式 (古典经验主义范式) 的诞生, 1970年代德勒克特 (Director) 与斯蒂格勒 (Stigler) 的研究则是另一个新范式 (现代理性主义范式) 的出现。一个结构上完整的、强大的产业组织理论体系似乎已然完成。然而, 现实的冲击又使得理想状态的产业组织理论不得不退步, 结构化转向解构化, 确定性转向不确定性, 一以贯之的逻辑推导方式转为复杂的内生性问题研究, 呈现在我们眼前的俨然是一个后现代的产业组织理论。

五、结语

产业组织理论的发展已经历了长达40余年的历史。其发展历程表明, 其基于现代经验主义与现代理性主义的标准化研究范式已被打破。产业组织理论日益呈现出不确定的、解构的、内生性的后现代主义哲学特征。我们认为, 产业组织理论遵循的是典型的从“分”到“合”, 从“合”而“分”的发展路径, 大一统理论的实现在这里既看不到可能性, 也看不到必要性。整个产业组织理论的发展可归结为下图1所示。作为人类科学的一个组成部分, 产业组织理论从开始出现至今, 都在不断地从自然科学和社会科学其他学科汲取着养分, 发展出新的成果。进入二十一世纪以来, 产业组织理论与其他经济学、管理学学科的融合和交流更为频繁和密切, 这既导致产业组织理论体现出日益明显的后现代特征, 但更重要的是, 这些融合和交流——领域理论体系继续向前发展注入了强大动力, 使其继续以激动人心的面貌展现在世人面前。我们认为, 虽然形式上看, 产业组织理论似乎日益支离, 但从本质上, 上述这种后现代特征正是我们对产业组织理论各部分进行更深入认识的必由阶段, 只有经历了这一阶段, 人类才能更好地把握产业组织理论的整体特征和运行规律。

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