强磁场对高纯Fe-C合金微观组织的影响

摘要

本文选用高纯Fe-C合金为实验材料，排除了合金元素及杂质元素的影响，利用12T超导稳恒强磁场热处理装置进行不同工艺条件的非磁场和强磁场热处理对比实验，并借助于金相分析及SEM-EBSD分析等研究手段研究强磁场作用下高纯Fe-C合金显微组织的形成和演变机理。
　　无论是样品面法线方向与磁场方向平行的样品，还是样品面法线方向与磁场方向垂直的样品，强磁场退火后室温显微组织中的珠光体片层与观测面截线的方向与磁场方向之间夹角均有变大的趋势。随着磁场强度的增加，夹角变大的趋势增强。在相同热处理工艺条件下，与样品面法线方向与磁场方向平行的样品相比，当样品的面法线方向与磁场方向垂直时，夹角更大。
　　强磁场下，珠光体片层与观测面截线的方向与磁场方向的夹角呈随着奥氏体化温度的升高而减小的趋势。这是由于奥氏体化温度越高，奥氏体晶粒越大，成份越均匀，奥氏体分解过程中珠光体的形核率及其晶核的长大速度降低，珠光体片层间距增大，原子扩散距离增大，使得珠光体片层与观测面截线的方向与磁场方向的夹角呈现减小的趋势。
　　强磁场下，珠光体片层与观测面截线的方向与磁场方向的夹角呈随着冷却速度的增加而减小的趋势。这是因为快速冷却时样品在高温停留的时间短，使奥氏体中碳未充分扩散，奥氏体转变在较低温度下发生，导致奥氏体转变的过冷度加大，即相变驱动力变大，造成珠光体晶粒的形核率增加，新生相形核长大过程时间短，磁场作用没有充分发挥。导致强磁场作用下随着冷却速度的加快珠光体片层与观测面截线的方向与磁场方向的夹角减小的趋势。
　　与非磁场退火处理相比，施加磁场使得样品中先共析铁素体晶粒的织构组分种类增多，织构趋向于分散化，而织构组分的峰值也呈随着磁场强度的增加而逐渐减弱的趋势。表明施加磁场使得退火样品中先共析铁素体晶粒的择优取向的趋势减弱。这可能是由于在较低的磁场强度下铁素体晶粒就能够被磁化到饱和磁化状态，即在各晶体学方向上的磁化强度均达到饱和，从而失去了磁晶各向异性，最终导致强磁场退火热处理后的样品室温显微组织中的先共析铁素体晶粒无明显的晶体学择优。
　　强磁场下碳在纯铁中扩散实验的研究结果表明，强磁场能够明显影响平行及垂直磁场方向上碳在纯铁中的扩散行为。与无磁场渗碳相比，不论是磁场方向平行于渗碳方向，还是磁场方向垂直于渗碳方向时，随着磁场强度的增加，扩散渗碳层厚度均不断增加，当磁场强度达到1T以后，随着磁场强度的进一步增加，渗碳层距离趋于稳定，但磁场退火样品的碳的渗碳扩散距离均明显高于非磁场退火样品。这表明磁场退火可以显著促进碳在纯铁中的扩散行为。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 强磁场对Fe系合金固态相变的影响

1．2．1 强磁场对马氏体转变的影响

1．2．2 强磁场对贝氏体转变的影响

1．2．3 强磁场对先共析铁素体转变的影响

1．2．4 强磁场对珠光体转变的影响

1．3 强磁场下原子扩散理论的研究现状

1．4 钢铁材料的渗碳工艺

1．5 本文的研究目的与主要内容

第2章 强磁场对高纯Fe-0．76％C合金显微组织的影响

2．1 引言

2．2 实验材料与实验方法

2．2．1 实验材料及样品制备

2．2．2 磁场热处理设备及样品摆放

2．2．3 显微组织观察

2．2．4 EBSD测定

2．2．5 珠光体片层方向与磁场方向之间夹角的测定

2．3 热处理工艺及实验结果

2．3．1 磁场强度对Fe-0．76％C合金显微组织的影响

2．3．2 奥氏体化温度对Fe-0．76％C合金显微组织的影响

2．3．3 冷却速度对Fe-0．76％C合金显微组织的影响

2．4 讨论

2．4．1 强磁场对珠光体转变的影响

2．4．2 强磁场下样品摆放方式对珠光体片层的影响

2．4．3 强磁场下不同热处理工艺参数对珠光体片层方向的影响

2．4．4 强磁场对先共析铁索体晶粒晶体学取向的影响

2．5 本章小结

第3章 强磁场对碳在纯铁中的扩散行为的影响

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验材料及制备

3．2．2 退火实验装置及退火工艺

3．2．3 分析与测试方法

3．3 实验结果

3．3．1 强磁场对渗碳样品表层结构相组成的影响

3．3．2 强磁场下渗碳样品沿横截剖面的表征

3．4 讨论

3．5 本章小结

第4章 结论

参考文献

致谢