（材料学专业论文）强磁场对fec相图及高碳钢显微组织的影响.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nm a t e r i a l ss c i e n c e e f f e c t so fh i g hm a g n e t i cf i e l do nf e - cp h a s e d i a g r a m a n dm i c r o s t r u c t u r eo fh i g h c a r b o ns t e e l b yg o n gm i n g l o n g s u p e r v i s o r s ：p r o f e s s o r z h a ox i a n g a s s o c i a t ep r o f e s s o rh ec h a n g s h u n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 9 5f、八 、 1 1 。 i ii iiii 5 3 3 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 砀承 学位论文版权使用授权书 、 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 飞一r n p 、一 j 扎攀亨善蓥 1 f r y j 东北大学博士学位论文 摘要 强磁场对f e c 相图及高碳钢显微组织的影响 摘要 本论文尝试用l f g 热力学模型并结合磁学分子场理论模拟计算了强磁场下f e - c 二 元相图( 固态) 及其主要相区的面积；系统研究了强磁场下高纯f e - 0 7 6 c 和f e - 1 1 c 合金显微组织形貌的形成和演变机理。 相图的模拟计算结果表明：a e t 线、g p 线、4 e 3 线向高温方向移动：a e c m 线基本保 持不变；共析点向高碳和高温方向移动，其变化幅度随磁场强度的增加而增加。强磁场 对f e - c 二元相图中主要相区面积影响表现为：随磁场强度的增加a 单相区面积和嘶 两相区面积增加，y + f c 3 c 两相区面积减小。 在固态相变经典形核理论基础上，引入由磁场引起的奥氏体与先共析铁素体之间的 磁自由能差解释了强磁场使f e - 0 7 6 c 合金显微组织中先共析铁素体晶粒数明显增加， 且随磁场强度的增加先共析铁素体晶粒数不断增加的实验现象。并且阐明了强磁场通过 增大该磁自由能差而显著降低先共析铁素体临界形核尺寸和晶核形成功及增加形核率 导致先共析铁素体晶粒数增多的机理。 在f e 0 7 6 c 合金的奥氏体转交过程中，由于外加强磁场的作用造成先共析铁素体 晶核与奥氏体原子成为磁偶极子，由于它们之间的相互作用使先共析铁素体晶粒沿磁场 方向长大，从而导致先共析铁素体晶粒的伸长方向与磁场方向之间夹角的平均值变小， 而且随磁场强度的增加，先共析铁素体的伸长方向与磁场方向之间夹角的平均值逐渐减 小。 不同的样品摆放方式对f e 0 7 6 c 合金先共析铁素体晶粒沿磁场方向长大趋势影 响明显。由于退磁场的作用造成的面法线方向与磁场方向平行的样品的有效磁场强度比 面法线方向与磁场方向垂直的样品的有效磁场强度小，从而导致面法线方向与磁场方向 垂直的f e 0 7 6 c 合金的先共析铁素体晶粒的伸长方向与磁场方向之间夹角更小，先共 析铁素体晶粒沿磁场方向长大趋势更明显。 随磁场强度的增加f e c 合金的共析点向高温方向移动幅度越大，所以奥氏体向珠 光体开始转变的共析温度也不断增加，由此导致f e - 0 7 6 c 合金显微组织中珠光体平均 片间距呈不断增加的趋势。 强磁场通过增加共析温度而显著增加f e 0 7 6 c 合金显微组织中先共析铁素体面 积百分含量及共析点所对应的含碳量，且随磁场强度的增加先共析铁素体面积百分含量 ，7i 东北大学博士学位论文 摘要 及共析点所对应的含碳量增加幅度越大。同时通过减少珠光体面积百分含量和增加先共 析铁素体含量及增加珠光体片间距而降低样品宏观硬度。 强磁场对f e 1 1 c 合金显微组织中“反常”组织影响十分明显。强磁场通过降低铁素 体转变所需自由能使样品的显微组织中的“反常”组织面积百分含量明显增多。由于随着 磁场强度的增加a e l 线向高温方向移动，导致随着磁场强度的增加“反常”组织转变被迫 提前终止而进入珠光体的转变的温度区域进行珠光体转变，由此造成随着磁场强度的增 加f e - 1 1 c 合金中“反常”组织面积百分含量增加之后逐渐减少的实验现象。 由于面法线方向与磁场方向平行的f e 1 1 c 合金样品的有效磁场强度比面法线方 向与磁场方向垂直的样品的有效磁场强度小，而且此时的磁场强度( 大于4 t ) 已经大到足 以停止“反常”组织的转变而进入珠光体的转变的温度区域，从而导致面法线方向与磁场 方向平行的样品中的“反常”组织面积百分含量比面法线方向与磁场方向垂直的样品中 的“反常”组织面积百分含量多。 关键词：强磁场；f e , - c 相图；高碳钢；先共析铁素体；珠光体；“反常”组织 1 1 p 崎 j 。、 o、；， 、 奄 弧箩 j e f f e c t so fh i g hm a g n e t i cf i e l do nf e - cp h a s ed i a g r a ma n d m i c r o s t r u c t u r eo fh i g h - c a r b o ns t e e l a bs t r a c t i nt h i sw o r k ，t h ef e - cb i n a r yp h a s ed i a g r a mu n d e rm a g n e t i cf i e l di st h e o r e t i c a l l y s i m u l a t e db yu s i n gt h el f gt h e r m o d y n a m i c sm o d e la n dt h ew e i s sm o d e l t h ef o r m a t i o na n d e v o l u t i o nm e c h a n i s m so fm i c r o s t r u c t u r eo fh i g hp u r i t yf e - o 7 6 ca n df e - 1 1 ca l l o y sa r e s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e du n d e rh i g hm a g n e t i cf i e l d t h es i m u l a t e dr e s u l t ss h o wt h a tm a g n e t i cf i e l dc a ns h i f tt h ea e ll i n e ，g pl i n ea n da e 3 l i n et ot h eh i g h e rt e m p e r a t u r es i d e ，b u tt h ea e c mt e m p e r a t u r ei sa l m o s ti n d e p e n d e n to nt h e a p p l i e dm a g n e t i cf i e l d t h ee u t e c t o i dp o i n ts h i f t st ot h eh i g h e rc a r b o nc o n c e n t r a t i o na n d h i g h e rt e m p e r a t u r es i d eu n d e rm a g n e t i cf i e l d ，a n dt h ee x t e n to ft h ee n t e c t o i dp o i i l ts h i f t i n c r e a s e sw i lt h ei n c r e a s eo fm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y t h ep h a s ez o n ea r e a so fg t ，a 卜ya n d 似e 3 ca r ec a l c u l a t e d i ti sf o u n dt h a tm a g n e t i cf i e l dc a nr e m a r k a b l ye n l a r g et h eaa n d 仅+ 丫 p h a s ez o n ea r e a sa n dc a ns h r i n kt h e7 + f e 3 cp h a s ez o n ea r e a i n t r o d u c i n gt h eg i b b sf r e ee n e r g yd i f f e r e n c eb e t w e e na u s t e n i t ea n dp r o e u t e c t o i df e r r i t e d u et om a g n e t i cf i e l d ，t h et h e o r yw h i c hi sb a s e do nc l a s s i c a ls o l i ds t a t ep h a s et r a n s f o r m a t i o n c a ne x p l a i nt h ee x p e r i m e n t a lp h e n o m e n o nt h a tm a g n e t i cf i e l dc a ni n c r e a s et h en u m b e ro f p r o e u t e c t o i df e r r i t eg r a i n ，a n dt h en u m b e ro fp r o e u t e c t o i df e r r i t eg r a i ni n c r e a s e sc o n t i n u o u s l y w i mt h ei n c r e a s eo fm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y a n di t 啪e l u c i d a t et h er e a s o nw h y m a g n e t i c f i e l d nd e c r e a s et h ec r i t i c a ls i z eo fp r o e u t e e t o i df e r r i t en u c l e u sa n dt h ea c t i v a t i o ne n e r g yt o f o r ma p r o e u t e c t o i df e r r i t en u c l e u sa n di n c r e a s et h en u c l e u sr a t eo f p r o e u t e c t o i df e r r i t e ，w h i c h r e s u l t si nt h ei n c r e a s eo ft h en u m b e ro f p r o e u t e e t o i df e r r i t eg r a i n d u r i n gt h et r a n s f o r m a t i o nf r o ma u s t e n i t et op r o e u t e c t o i df e r r i t ei nf e - 0 7 6 ca l l o y , m a g n e t i cf i e l de l o n g a t e st h ep r o e u t e c t o i df e r r i t eg r a i n sa l o n gt h em a g n e t i cf i e l dd i r e c t i o n t h r o u g ht h em a g n e t i cd i p o l a ri n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ep r o e n t e c t o i df e r r i t eg r a m sa n dt h ei r o n a t o m sn e a r b yi na u s t e n i t e ，w h i c hm a k e st h em e a na n g l eb e t w e e nt h em a g n e t i cf i e l dd i r e c t i o n a n dt h em a j o ra x i so fp r o e u t e e t o i df e r r i t eo ff e - o 7 6 ca l l o yd e c r e a s ew i mt h ei n c r e a s eo f m a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y i ti sa l s of o u n dt h a tt h em a g n e t i cf i e l de f f e c to nt h et r e n do fp r o e u t e e t o i df e r r i t e e l o n g a t i o na l o n gt h em a g n e t i cf i e l dd i r e c t i o ni nt h ef e - 0 7 6 ca l l o yi sd e p e n d e n to nt h e ，尹9 “ 一 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t s a m p l ep o s i t i o nw i t hr e s p e c tt ot h ef i e l dd i r e c t i o n v g h e r lt h en o r m a ld i r e c t i o no fs a m p l ei s p a r a l l e lt ot h ef i e l dd i r e c t i o n ，t h ee f f e c t i v em a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yi sl o w e rt h a nt h a ti nt h e c a s ew h e nt h en o r m a ld i r e c t i o no fs a m p l ei sp e r p e n d i c u l a rt ot h ef i e l dd i r e c t i o n t h e r e f o r e w h e nt h en o r m a ld i r e c t i o no fap l a t es a m p l ei sp e r p e n d i c u l a rt ot h ef i e l d ，t h em e a na n g l e b e t w e e nt h em a g n e t i cf i e l dd i r e c t i o na n dt h em a j o ra x i so fp r o e u t e c t o i df e r r i t eo ff e - 0 7 6 c a l l o yi sm u c hl o w e r , a n dt h et r e n do ft h ep r o e u t e m o i df e r r i t ee l o n g a t i o na l o n gt h em a g n e t i c f i e l di sm o r eo b v i o u s b e c a u s et h ee u t e c t o i dt e m p e r a t u r ei n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fm a g n e t i cf i e l d i n t e n s i t ya n dt h es t a r tt e m p e r a t u r eo ft h et r a n s f o r m a t i o nf r o ma u s t e n i t et op r o e u e c t o i df e r r i t e i sa l s oh i g h e r , t h em e a nl a m e l l a rs p a c i n go fp e a r l i t eo ff e - 0 7 6 ca l l o yi n c r e a s e sw i t l lt h e i n c r e a s eo fm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y m a g n e t i cf i e l dc a nc o n s i d e r a b l yi n c r e a s et h ea r e af r a c t i o no fp r o e u t e c t o i df e r r i t eo f f e 一0 7 6 ca l l o ya n dt h ec u t e c t o i dc a r b o nc o n t e n t ，a n dt h ea r e af r a c t i o no fp r o e u t e c t o i d f e r r i t ea n dt h ee u t e c t o i dc a r b o nc o n t e n ti n c r e a s 懿c o n s i d e r a b l yw i t ht h ei n c r e a s eo fm a g n e t i c f i e l di n t e n s i t yt h r o u g hs h i f t i n gt h ee u t e c t o i dp o i n tt oh i g hc a r b o na n dh i g ht e m p e r a t u r es i d e m e a n w h i l e ，m a g n e t i cf i e l dc a nd e c r e a s et h ea r e af r a c t i o no fp e a r l i t ea n di n c r e a s et h em e a n l a m e l l a rs p a c i n go fp e a r l i t e ，l e a d i n gt ot h ed e c r e a s eo ft h em a c r o s c o p i ch a r d n e s so f f e - o 7 6 ca l l o y m a g n e t i cf i e l dc o n s i d e r a b l ya f f e c t st h ea b n o r m a lm i c r o s t r u c t u r ei n f e - 1 1 ca l l o y m a g n e t i cf i e l dc a ni n c r e a s et h ea r e af r a c t i o no fa b n o r m a lm i c r o s t r u c t u r ei nf e - 1 1 ca l l o y b yr e m a r k a b l yd e c r e a s i n g t h eg i b b se n e r g yn e e d e df o r t h ef e r r i t et r a n s f o r m a t i o n s i m u l t a n e o u s l y , d u et o t h ef a c tt h a tt h ea e ll i n es h i f t st oh i g l lt e m p e r a t u r es i d ew i t ht h e i n c r e a s eo fm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y , t h ea b n o r m a lm i c r o s t r u c t u r et r a n s f o r m a t i o nh a st os t o p a n dt h ep e a r l i t et r a n s f o r m a t i o nb e g i n s ，t h e r e f o r e ，t h ea r e af r a c t i o no fa b n o r m a lm i c r o s t m c t u r e f i r s t l yi n c r e a s ea n dt h e nd e c r e a s ew i n l t h ei n c r e a s eo f m a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y w h e nt h en o r m a ld i r e c t i o no fs a m p l ei nf e - 1 1 ca l l o yi sp a r a l l e lt ot h ef i e l dd i r e c t i o n ， t h ee f f e c t i v em a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yi sl o w e rt h a n 廿l a ti nt h ec a s ew h e nt h en o r m a ld i r e c t i o n o fap l a t es a m p l ei sp e r p e n d i c u l a rt ot h ef i e l dd i r e c t i o n ，a n dt h em a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yi s e n o u g h ( m o r et h a n4 t ) t oe n dt h ea b n o r m a lm i c r o s t r u c t u r et r a n s f o r m a t i o n ，a n dm a k et h e p e a r l i t et r a n s f o r m a t i o nb e g i n t h e r e f o r e ，t h ea r e af r a c t i o no fa b n o r m a lm i c r o s t r u c t u r ei nt h e c a s ew h e nt h en o r m a ld i r e c t i o no fs a m p l ei sp a r a l l e lt ot h ef i e l dd i r e c t i o ni sl a r g e rt h a nt h a ti n v f 1 0 。_ 1 一 均 = 二 。 龟 、 一酽 东北大学博士学位论文 t h ec a s ew h e nt h en o r m a ld i r e c t i o no f s a m p l ei sp e r p e n d i c u l a rt ot h ef i e l dd i r e c t i o n k e yw o r d s ：h i g hm a g n e t i cf i e l d ；f e cp h a s ed i a g r a m ，h i g hc a r b o ns t e e l ，p r o e u t e c t o i df e r r i t e ； p e a r l i t e ；a b n o r m a lm i c r o s t r u c t u r e y ， 二：p “叫叫一 r 、 t 以q ， 七 f j 目录 目录 1 1j 5 i ? 占1 1 2 强磁场对f e 系合金固态相变的影响。2 1 2 1 强磁场对奥氏体晶粒的影响2 1 2 2 强磁场对马氏体转变的影响2 1 2 3 强磁场对贝氏体转变的影响4 1 2 4 强磁场对f e - 系合金回火转变的影响7 1 2 5 强磁场对先共析铁素体转变的影响7 1 2 5 1 强磁场对先共析铁素体面积百分含量的影响。7 1 2 5 2 强磁场对先共析铁素体晶粒的影响。9 1 2 5 3 强磁场对先共析铁素体组织形貌的影响1 0 1 2 6 强磁场对珠光体转变的影响1 5 1 2 7 强磁场对魏氏体转变的影响1 7 1 2 8 强磁场对二次渗碳体转变的影响。l8 1 3 强磁场下f e - c 合金相图模拟计算研究1 9 1 3 1 利用k r c 统计热力学模型计算1 9 1 3 2 利用其他热力学公式模拟计算。2 l 1 4 强磁场对f e 系合金力学性能的影响2 2 1 5 本文的研究目的与主要内容2 3 第二章模拟计算f e c 相图2 5 2 1 引言2 5 2 2 磁场下相图构建过程2 6 2 3 模拟计算结果2 8 2 3 1f e - c 相图2 8 2 3 2 与其它研究者计算结果对比。3l 2 3 3 主要相区面积变化规律3l j v 1 一 i 东北大学博士学位论文 目录 2 4 本章小结3 3 第三章强磁场对f e o 7 6 c 合金显微组织及性能的影响3 5 3 1 引言3 5 3 2 实验材料与实验方法3 5 3 2 1 实验材料及样品制备3 5 3 2 1 1 冶炼过程3 5 3 2 1 2 热锻处理3 6 3 2 1 3 扩散退火和完全退火热处理3 6 3 2 2 磁场热处理设备及样品摆放。3 7 3 2 3 显微组织观察3 8 3 2 4 先共析铁素体面积百分含量测定3 8 3 2 5 共析点所对应含碳量的计算：3 8 3 2 6 先共析铁素体晶粒数的测定。3 9 3 2 7 先共析铁素体的伸长方向与磁场方向之间夹角的测定3 9 3 2 8 珠光体片间距测定3 9 3 2 9 硬度测试4 0 3 3 热处理工艺及实验结果。4 0 3 3 1 磁场强度对f e 0 7 6 c 合金显微组织的影响4 0 3 3 1 1 热处理工艺4 0 3 - 3 1 2 实验结果4 1 3 3 2 冷却速度对f e - 0 7 6 c 合金显微组织的影响4 8 3 3 2 1 热处理工艺4 8 3 - 3 2 2 实验结果4 9 3 3 3 奥氏体化保温时间对f e - 0 7 6 c 合金显微组织的影响5 6 3 3 3 1 热处理工艺5 6 3 3 3 2 实验结果5 7 3 3 4 奥氏体化温度对f e , - 0 7 6 c 合金显微组织的影响6 3 3 3 4 1 热处理工艺6 3 3 3 4 2 实验结果6 4 3 4 分析与讨论7 1 3 4 1 强磁场对先共析铁素体转变的影响7 1 v + t r j 东北大学博士学位论文目录 3 4 1 1 强磁场对先共析铁素体面积百分含量及共析点对应含碳量的影响7 l 3 4 1 2 强磁场对先共析铁素体晶粒数的影响7 2 3 4 1 3 强磁场对先共析铁素体伸长方向与磁场方向的夹角的影响7 5 3 4 1 4 强磁场对珠光体片间距的影响7 7 3 4 1 5 强磁场对宏观硬度的影响：7 7 3 4 2 强磁场下样品摆放方式对先共析铁素体的影响7 8 3 4 3 强磁场下不同热处理工艺参数对先共析铁素体的影响。8 0 3 4 3 1 强磁场下退火冷却速度对先共析铁素体转变的影响8 0 3 4 3 2 强磁场下奥氏体化温度和保温时间对先共析铁素体转变的影响8 0 3 5 本章小结：8 0 第四章强磁场对f e 1 1 c 合金显微组织中“反常”组织的影响8 2 4 1 引言8 2 4 2 实验材料与实验方法8 2 4 2 1 实验材料及样品制备。8 2 4 2 2 磁场热处理设备及样品摆放。8 2 4 2 3 显微组织观察8 3 4 2 4 二次渗碳体及铁素体面积百分含量测定。8 3 4 2 5e b s d 测定j 8 3 4 2 6 二次渗碳体与铁素体之间取向关系的计算8 3 4 3 热处理工艺及实验结果8 4 4 3 1 磁场处理前样品显微组织8 4 4 3 2 磁场强度对“反常”组织的影响8 5 4 3 2 1 热处理工艺8 5 4 3 2 2 实验结果8 6 4 3 3 冷却速度对“反常”组织的影响8 8 4 3 3 1 热处理工艺8 8 4 3 3 2 实验结果8 9 4 3 4 奥氏体化保温时间对“反常”组织的影响9 1 4 3 4 1 热处理工艺9 1 4 3 4 2 实验结果。9 l 4 3 5 奥氏体化温度对“反常”组织的影响9 3 东北大学博士学位论文 目录 4 3 5 1 热处理工艺9 3 4 3 5 2 实验结果9 4 4 3 6 “反常”组织之间的取向关系9 6 4 4 分析与讨论9 7 4 4 1 非磁场条件下反常”组织形成机理。9 7 4 4 2 强磁场对“反常”组织的影响9 9 4 4 2 1 磁场强度对“反常”组织的影响9 9 4 4 2 2 强磁场下样品摆放方式对“反常”组织的影响1 0 0 4 5 本章小结1 0 0 第五章结论1 0 1 参考文献1 0 3 致谢：11 3 博士生期间发表及待发表的论文目录1 1 4 x j 、i 1 i 、妒?，善 院建立世界上第一个高场磁体实验室，作为强磁场发展的第一台阶；把上世纪末美国和 日本建立新的更高场的强磁场实验室，法国的格勒诺布尔强磁场实验室和荷兰奈密根强 磁场实验室的电源功率的升级改造作为强磁场发展的第二台阶。我国则相对起步较晚， 2 0 0 8 年5 月稳态强磁场实验室建设在安徽省合肥市动工，稳态强磁场实验装置的磁场 强度从2 0 t 到4 0 t 不等且具有不同的实验功能，成为与美国、法国、荷兰、日本强磁 场实验室并列的世界五大稳态强磁场研究中心之一，同时中国科学院在合肥成立了中国 科学院强磁场科学中心。 强磁场作为一种非常有用的实验装置，可以被应用到许多实验之中，以此系统地深 入研究强磁场下发生的物理现象及其机理，从而发现了许多新的物理现象，取得了一大 批重要科研成果。如1 9 8 5 年和1 9 9 9 年的2 个诺贝尔物理奖即整数量子霍尔效应和分数 量子霍尔效应均是在强磁场下研究二维电子气时发现的【l 】。随着研究工作的深入，研究 的对象日益扩大，研究的学科也日益扩展，尤其是强磁场在材料科学中应用的理论和实 验研究迅速增多，目前已在结晶凝固、粉末冶金、电析、烧结、络合、热处理、塑性加 工、对流传热、液体悬浮和分离等方面进行了广泛的探索性研究。涉及超导陶瓷材料、 高分子材料、金属材料等，形成一个全新的、内涵丰富的研究方向。与普通电磁场作用 于宏观的物体不同，稳恒强磁场( 以下简称强磁场) 能够将高强度的能量无接触地传递到 物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生 巨大而深刻的影响，显示出了广阔的应用前景。把强磁场应用到材料科学中也是目前研 究的热点之一。日本、法国、美国、韩国等发达国家在新型材料和超级金属项目( s u p e r m e t a lp r o j e c t ) 研究中非常注重电磁场的应用，以期获得重大突破。例如，1 9 9 4 年在日本 名古屋召开的材料电磁过程国际会议上，材料电磁过程( e l e c t r o m a g n e t i cp r o c e s s i n go f m a t e r i a l s ，简称e p m ) i 拘提法被首次提出，引起了各国冶金与材料科学工作者的极大兴 趣。日本相继成立了“材料电磁过程( e p m ) 技术研究会”、“利用电磁力的新一代金属成形 法国际研究促进会”，并于1 9 9 5 年启动了“e p m 的新拓展”重大研究项目。韩国设立了 1 9 9 8 2 0 0 7 年 h i p e r - 2 1 ”国家重大规划项目，全面开展电磁场在凝固和材料制备中的 作用机理和实际应用研究。 东北大学博士学位论文 我国关于材料电磁过程技术的系统研究起步较晚，研究力量相 与国外研究机构相比，无论在规模上还是在水平上都存在一定的差距。不过到目前为止 已经取得了不少的成就。东北大学集中校内有关方面的科研骨干力量并会同上海宝钢研 究院共同组建了e p m 联合研究中心。1 9 9 8 年承担了国家“9 7 3 ”计划项目中的“新一代钢 铁材料( 超级钢) 的重大基础研究”中的“电磁场对钢铁材料组织细化及均匀化的作用”课 题；1 9 9 9 年又承担了国家 9 7 3 ”计划项目“提高铝材质量的基础研究”中的“铝熔体电磁纯 净化原理”、“外场作用下熔体结构及凝固动力学”等课题，2 0 0 2 年又承担了国家“十五 8 6 3 ”计划“金属材料强磁场热处理技术”。本文的研究内容是上述科研项目中“十五8 6 3 ” 计划项目和国家自然科学基金项目的一部分。 将磁场用于改善各种金属材料微观组织和力学性能的热处理方法称为磁场热处理， 此法早在1 9 5 9 年由美国的r d c a ( 美国的开发与研究公司) 的总冶金师b a s s e t t 最先提出， 故称为贝氏法。 目前，强磁场热处理的研究主要集中在铁基合金系。国内外研究者对铁基合金系的 组织和性能进行了大量的研究，取得了许多非常有价值的研究成果。由于本课题重点研 究强磁场热处理对f e c 合金相图、微观组织和性能的影响，所以下面仅着重介绍与强 磁场热处理对f e 系合金影响相关的研究成果。 1 2 强磁场对f e 系合金固态相变的影响 1 2 1 强磁场对奥氏体晶粒的影响 从上世纪末开始，o h t s u k a 等【2 刀研究了10 t 强磁场对f e 1 5 m n 0 1 c 0 0 5 n b 合金奥氏体晶粒的影响。他们分别在1 0 t 强磁场和非磁场条件下将样品加热至1 1 5 0 奥氏体化1 5 m i n 后快速冷却至室温。然后，测量奥氏体晶粒直径。结果发现：非磁场条 件下的奥氏体平均晶粒尺寸为8 7 t t m ，而施加1 0 t 强磁场条件下的奥氏体平均晶粒尺寸 为7 5 1 a n 。由此认为强磁场具有抑制奥氏体晶粒长大的作用，并将其归因于施加强磁场 抑制了奥氏体晶界移动所致。 1 2 2 强磁场对马氏体转变的影响 在磁场作用下金属材料相变行为研究初期，大多数研究者们以马氏体转变作为研究 对象。具有代表性的是1 9 6 1 年前苏联的s a d o v s k y 掣& 1 1 1 人的研究课题组。他们利用几 种铁基合金对磁场下马氏体转变点、马氏体转变量、产物的形貌等进行了一系列的实验 研究。结果发现：磁场可明显地提高马氏体转变的开始温度、增加转交量。他们也对磁 场下马氏体到奥氏体的逆转变过程【1 1