强磁场作用下高速钢回火过程中碳化物的形成和演变机理

In this application, the analytical tools of TEM, SEM, EBSD, EDS and X-ray diffraction are used. The precipitation behavior of carbide in high-speed steel during the tempering process under the high magnetic field are studied comprehensivly and systematically, combining the experimental research and theoretical analysis; determining the crystallographic orientation relationship of carbide nucleation and the parent martensitic matrix; analysising the formation and growth process of carbide and the interface migration of carbide and parent martensitic matrix; clarifing the mechanism of nucleation and growth of carbide under the high magnetic field; revealing the role of high magnetic field on type, quantity, distribution, morphology, size of carbide; elaborating the role mechanism of high magnetic field on the carbide precipitation; investigating the the diffusion mechanism of high magnetic field on the carbide forming elements in high-speed steel; building the precipitation model of carbide in high-speed steel under the high magnetic field during the tempering process..The completion of this application can not only enrich the theory of high magnetic field materials science,but also lay the foundation for the application of the high magnetic field heat treatment.

本申请项目拟采用TEM、SEM、EBSD、EDS和X-射线衍射等分析测试手段，通过实验研究和理论分析相结合的方法，全面系统地研究强磁场作用下高速钢回火过程中碳化物的析出行为；确定碳化物晶核与母相马氏体基体之间的晶体取向关系；分析碳化物晶核的形成与长大过程和碳化物与马氏体基体之间的界面迁移规律；阐明强磁场作用下碳化物的形核与长大机理；揭示强磁场对碳化物的种类、数量、分布、形貌、尺寸的作用规律，阐述强磁场对碳化物析出的作用机制；探讨强磁场对高速钢中碳化物形成元素扩散行为的影响规律和作用机理；构建强磁场下高速钢回火过程中碳化物析出的物理模型。.该申请项目的完成不仅能够丰富强磁场材料学理论，也为强磁场热处理的应用奠定了基础。

碳化物的种类、大小、数量和分布对于钢的力学性能和特殊环境下的服役性能具有重要影响。研究外加强磁场控制回火转变过程中碳化物的析出并由此改善材料性能的可能性是非常有益的尝试，既可以加深对磁场作用机制的认识，具有理论意义，又可能改善材料性能，具有实际应用前景。本项目以高速钢为材料，系统研究了强磁场对高速钢回火过程中碳化物析出行为的影响规律和作用机理，探讨了强磁场对高速钢中主要碳化物形成元素（碳、钨、钼、铬、钒）扩散行为的影响作用。研究结果表明，强磁场显著影响了热轧退火态W6Mo5Cr4V2高速钢和W18Cr4V高速钢中碳化物的低温回火析出行为。低温回火时，磁场对析出碳化物显示出较强的球化作用和晶粒细化作用；使高速钢中主要析出碳化物的析出数量明显增加，平均尺寸显著减小。低温回火时施加强磁场使回火高速钢的显微硬度明显增加；随着磁场强度的增加，样品的显微硬度呈增加趋势。施加磁场回火可以明显改善碳化物不均匀性，为提高高速钢质量提供了一种可行途径。原位实验结果表明，施加磁场促进了高速钢回火过程的进行。但磁场对高速钢回火析出行为的影响作用随着回火温度的升高逐渐减弱。扩散实验结果表明，施加磁场可显著影响钢中主要碳化物形成元素的扩散行为。项目研究结果不仅为高速钢在强磁场下的应用提供了理论依据，也丰富了极端条件下析出相变领域的基础理论。