强磁场下高纯过共析Fe-C合金中“反常”组织的演变机理

本申请项目拟采用SEM-EBSD分析测试手段，结合微观组织观察，选用高纯过共析Fe-1.1%C合金作为实验材料，系统研究强磁场作用下高纯Fe-1.1%C合金中"反常"组织的形貌特征、"反常"组织中二次渗碳体和铁素体晶体学取向及其界面特征与演变机理，并确定"反常"组织的晶体学特征与组织形貌的内在关系。探讨强磁场下"反常"组织形成与演变机理，并建立相应的物理模型。.本研究将填补强磁场作用下过共析Fe-C合金扩散型固态相变过程中"反常"组织的形成和演变机理的空白，丰富现有的强磁场Fe-C合金扩散型固态相变理论。

本项目选用高纯Fe-1.1%C合金为实验材料，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，借助于金相分析等研究手段对样品室温显微组织形貌及数量进行分析，系统地研究强磁场下高纯Fe-1.1%C合金微观组织中“反常组织”的形成和演变机理。.强磁场对Fe-1.1%C合金显微组织中“反常”组织影响十分明显。实验结果表明，随磁场强度的增加，合金显微组织中“反常”组织面积含量先增加后减小。此实验现象归因于两方面：一方面强磁场通过降低铁素体转变所需自由能使样品显微组织中 “反常” 组织的面积百分含量明显增多；另一方面由于随着磁场强度的增加，Ae1线向高温方向移动，导致“反常”组织转变被迫提前终止而进入珠光体转变的温度区域进行珠光体转变。.由于面法线方向与磁场方向平行的Fe-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4T)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。.强磁场能提高珠光体相变温度，降低相变应力，使得Fe-1.1%C合金中珠光体小角取向差（小于3°）的出现频率有所降低。强磁场能提高铁素体/渗碳体界面能增加珠光体球化驱动力，并且通过提高珠光体相变温度促进碳原子扩散，而促进Fe-1.1%C合金珠光体的球化。Fe-1.1%C合金中珠光体晶体学取向关系为IS OR，P-P1 OR和P-P2 OR，强磁场能促进珠光体P-P2 OR的形成。.施加12T强磁场后没有发现在反常组织中正常片状珠光体中渗碳体与铁素体匹配生长所需的取向关系。.宏观硬度测定表明，经强磁场热处理后样品的宏观硬度降低。此实验现象归因于两方面：一方面强磁场能增加“反常”组织相对面积含量，而“反常”组织会降低样品的宏观硬度；另一方面强磁场能使珠光体片间距增大，珠光体片间距愈大，样品宏观硬度愈小，并且珠光体片间距是影响本实验材料宏观硬度的主要因素。