強磁場(chǎng)對硅錳鑄鋼等溫珠光體�；�的影響

　　對硅錳鑄鋼在相變溫度(A1)附近進(jìn)行等溫處理的研究表明,經(jīng)磁場(chǎng)處理后的試樣組織中存在更多的粒狀珠光體組織。此粒狀珠光體由兩部分構成:一部分來(lái)自塊狀鐵素體中直接析出粒狀的不連續滲碳體;一部分來(lái)自等溫過(guò)程中片狀滲碳體的熔斷。磁場(chǎng)通過(guò)促進(jìn)鐵素體的形核與長(cháng)大,使較多的碳原子"陷落"在鐵素體內以沉淀析出方式形成粒狀滲碳體,處理溫度越低,此作用越明顯。此外,磁場(chǎng)下珠光體組成相磁致伸縮率存在差異,引起珠光體兩組成相之間的應變能變化,有利于滲碳體以球狀析出于奧氏體或鐵素體中,也對粒狀珠光體分數的增加作出貢獻。

　　利用超導穩恒強磁場(chǎng)開(kāi)展的研究已拓展到凝聚態(tài)物理學(xué)、應用化學(xué)、材料科學(xué)、生物醫學(xué)、真空等領(lǐng)域，并已得到大量研究成果，其重要性已經(jīng)在各種程度上被認可［1］。目前，穩恒強磁場(chǎng)作用下的固態(tài)相變受到了廣泛的關(guān)注，已成為材料科學(xué)中重要的研究領(lǐng)域之一。

　　王亞男等［2］利用磁場(chǎng)對低碳鋼鐵素體轉變進(jìn)行了研究，結果表明，在低碳鋼發(fā)生奧氏體向鐵素體轉變時(shí)，穩恒磁場(chǎng)可以明顯提高鐵素體的體積分數，并能促進(jìn)鐵索體形核，使鐵素體晶粒細化和均勻化;Ohtsuka 等［3］研究了磁場(chǎng)對珠光體轉變的影響，磁場(chǎng)加速了珠光體( P) 的晶內與晶界形核速率，珠光體的轉變溫度由于磁場(chǎng)的引入而升高; 周曉玲等［4］ 研究了相變溫度A1點(diǎn)以上磁誘發(fā)珠光體相變研究，磁場(chǎng)可在A(yíng)1點(diǎn)以上的溫度誘發(fā)P ，隨著(zhù)磁場(chǎng)作用時(shí)間的延長(cháng)，所誘發(fā)的P 量的增加主要是P 團長(cháng)大所致，存在一定數量具鐵磁性的共析相、磁場(chǎng)作用時(shí)間及其強度的大小是決定在A(yíng)1以上溫度誘發(fā)P 量的關(guān)鍵因素。強磁場(chǎng)作為材料熱處理的新手段，通過(guò)對相變過(guò)程中材料的微觀(guān)組織［5-7］、性能［8-9］的影響，實(shí)現新材料制備與改性。利用新舊兩相間磁性能的差異，強磁場(chǎng)能夠有效地影響鐵基材料中馬氏體、貝氏體、珠光體、鐵素體的轉變起始溫度，加速其轉變行為，從而影響材料的最終使用性能。

　　鋼鐵材料由于資源豐富、可大規模生產(chǎn)加工、價(jià)格低廉，同時(shí)具有優(yōu)良的使用性能和便于回收等特點(diǎn)，因此在實(shí)際應用中一直占據著(zhù)主導地位。由于耐磨硅錳鑄鋼強度和硬度較高，機加工困難，而與片狀珠光體相比，粒狀珠光體的強度和硬度較低，可加工性能以及淬火工藝性能比片狀珠光體好［10］。本文對硅錳鑄鋼在12 T 磁場(chǎng)作用下，進(jìn)行等溫處理的組織開(kāi)展研究，以分析磁場(chǎng)對珠光體組織�；�的影響。

實(shí)驗材料及方法

　　試樣材料選用先期研制的硅錳鑄鋼50Si2Mn3，其成分( 質(zhì)量分數，% ) 為0. 5 C，2. 18 Si，2. 71 Mn，0. 06 S，Fe 余量，在150 kg 中頻感應爐中熔煉，熔清后于1450 ℃進(jìn)行澆注，經(jīng)均勻化退火后加工成尺寸為��10 mm × 28 mm 的試樣，并在其一端鉆有一個(gè)尺寸為��1. 5 mm × 10 mm 的測溫中心孔。試樣分為兩組，一組無(wú)磁，一組有磁。兩組實(shí)驗采用了完全相同的奧氏體化溫度與時(shí)間即830 ℃ ×30 min，等溫溫度分別為680、700 ℃，等溫時(shí)間為5 h。其中有磁實(shí)驗采用了上海大學(xué)金屬材料研究所的超導強磁體設備，其有效工作空間是��98 mm × 400mm，中心磁感應強度在0 ～ 14 T 間連續可調。磁場(chǎng)熱處理時(shí)所施加的磁場(chǎng)強度為12 T，磁場(chǎng)分布比較均勻，磁場(chǎng)精度為0. 0001 T，其方向與樣品長(cháng)度方向一致。在實(shí)驗中，同時(shí)使用了兩個(gè)相同的自制熱處理爐，一個(gè)用于奧氏體化，而另一個(gè)用于等溫處理，并采用ZNBC-60 型智能編程控溫儀控溫，其控溫精度在± 1 ℃。試樣在磁體及等溫爐中放置的空間位置非常關(guān)鍵，要保證其同時(shí)處于穩恒磁場(chǎng)的作用區間和等溫爐內的有效加熱溫度區間。

　　所有試樣經(jīng)常規機械拋光、4% 硝酸酒精腐蝕，采用萊茲大型臥式精密金相顯微鏡、Philips XL30ESEMTMP掃描電鏡對試樣的組織進(jìn)行分析。在HR-150A臺式洛氏硬度儀上使用150 kg 力進(jìn)行硬度測定，取其平均值。

　　1) 對12 T 強磁場(chǎng)作用下等溫珠光體轉變的研究發(fā)現，磁場(chǎng)能夠促進(jìn)更多的粒狀珠光體組織的形成。此粒狀珠光體由兩部分構成，一部分來(lái)自塊狀鐵素體中直接析出粒狀的不連續滲碳體; 另一部分來(lái)自長(cháng)時(shí)間等溫過(guò)種中滲碳體片的逐漸溶斷;

　　2) 磁場(chǎng)對珠光體�；�的貢獻在于，磁場(chǎng)通過(guò)提供磁驅動(dòng)力項促進(jìn)了鐵素體的形成，使較多的過(guò)飽和碳原子“陷落”于其中并以沉淀析出的方式形成了粒狀滲碳體，等溫溫度越低，�；�效果越明顯。與此同時(shí)，磁場(chǎng)通過(guò)增加滲碳體/鐵素體界面能和磁致伸縮應變能促使滲碳體以球狀在鐵素體或奧氏體中析出。