強(qiáng)磁場下鋼的擴(kuò)散型相變的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文理論模擬了強(qiáng)磁場對Fe-C二元平衡系統(tǒng)的影響；系統(tǒng)地理論解析和實(shí)驗(yàn)研究了強(qiáng)磁場作用下42CrMo中碳合金結(jié)構(gòu)鋼及50普通中碳鋼的擴(kuò)散型相變過程及特征。在理論模擬過程中，對Weiss分子場模型進(jìn)行了修正，在居里點(diǎn)附近及其以上溫度以短程有序參數(shù)替代原分子場系數(shù)，據(jù)此計(jì)算的鐵素體的磁化率在居里溫度以上與實(shí)測值十分吻合。以電子能帶模型為基礎(chǔ)，對奧氏體的磁化率進(jìn)行了計(jì)算。此外，對各種磁化能的混亂使用予以澄清。強(qiáng)磁場對相平衡的影響以附加相變驅(qū)

2、動(dòng)力的形式引入。由此，模擬了強(qiáng)磁場作用下Fe-C相圖中α/α+γ和γ/γ+α相界線的新位置。結(jié)果表明：磁場使鐵素體區(qū)增大；奧氏體區(qū)縮小，致使鋼的Ae3溫度升高，共析點(diǎn)移向高碳和高溫區(qū)。 強(qiáng)磁場可顯著增加42CrMo鋼轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中鐵素體的相對百分含量，加快奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變速度。即使在快速冷卻條件下(46℃/min)，在磁場對相變的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)影響的綜合作用，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物仍為平衡態(tài)的鐵素體與珠光體，但顯微組織更細(xì)小、彌散。據(jù)此提出了

3、強(qiáng)磁場快速退火工藝方法，申請了發(fā)明專利且已經(jīng)公開。 強(qiáng)磁場可明顯降低42CrMo鋼奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過程中的形核能壘、加快轉(zhuǎn)變速度，因此，即使在中慢速冷卻條件下(10℃/min)，鐵素體形核仍然在高溫區(qū)發(fā)生。由于高溫形核過冷度低，因此奧氏體晶界成為形核的主要位置。加之該材料熱軋成型時(shí)的不均勻變形，使奧氏體以大晶粒區(qū)和小晶粒區(qū)的形式沿軋制方向呈條帶狀交替分布。于是，當(dāng)強(qiáng)磁場的施加方向與軋制方向一致時(shí)，強(qiáng)磁場與不均勻變形的共同影響使

4、中慢速冷卻后得到的鐵素體晶核和珠光體晶團(tuán)仍呈鏈狀沿磁場方向交替分布。 強(qiáng)磁場可通過提高轉(zhuǎn)變溫度降低轉(zhuǎn)變應(yīng)力的方式減少中快速冷卻時(shí)42CrMo鋼與50鋼共析鐵素體片之間小角差取向的出現(xiàn)頻率；同時(shí)通過提高轉(zhuǎn)變溫度提供較大的晶粒長大溫度區(qū)間，增加低移動(dòng)性重位點(diǎn)陣晶界的面積，提高鐵素體∑3-29晶界的出現(xiàn)頻率。強(qiáng)磁場對42CrMo鋼的晶體學(xué)取向分布無明顯作用。 強(qiáng)磁場對50鋼不同冷卻條件下奧氏體高溫轉(zhuǎn)變顯示出不同的影響規(guī)律。慢速

5、冷卻時(shí)強(qiáng)磁場主要通過鐵素體中鐵原子磁矩的磁偶極子之間的相互作用使先共析鐵素體晶核沿外磁場方向定向生長，形成沿磁場方向伸長的晶粒組織?？焖倮鋮s時(shí)，強(qiáng)磁場除降低共析鐵素體片層間的小角差取向的出現(xiàn)頻率和提高∑3-29晶界的出現(xiàn)頻率外，還通過鐵原子磁矩磁偶極子之間的相互作用使垂直磁場方向<001>晶粒擇優(yōu)長大，導(dǎo)致垂直磁場方向<001>織構(gòu)組分的增強(qiáng)。 低溫回火時(shí)，強(qiáng)磁場明顯地改變42CrMo鋼‘過渡’碳化物(transitioncar

6、bide)的析出順序，使具有單斜結(jié)構(gòu)的x-Fe5C2較具有正交結(jié)構(gòu)的η-Fe2C先沉淀析出。x-Fe5C2的低溫析出使其形核率升高，長大受到抑制，因此，最終得到的x-Fe5C2分布更彌散，尺寸更細(xì)小，由此導(dǎo)致材料的沖擊韌性增加9％。 高溫回火時(shí)，強(qiáng)磁場可通過提高滲碳體/鐵素體界面能及磁致伸縮應(yīng)變能有效地防止?jié)B碳體沿馬氏體晶界及馬氏體晶內(nèi)孿晶界的定向生長，顯示出較強(qiáng)的球化作用。與此同時(shí)，強(qiáng)磁場可明顯地抑制基體相的回復(fù)進(jìn)程，但對回復(fù)