强磁场对钢中马氏体相变的影响及其研究展望
发布时间:2021-10-07 18:38
固态相变中,由于两相之间的磁性差异,外加磁场将改变奥氏体向马氏体的相变过程,同时对马氏体的微观组织产生影响。主要阐述了马氏体相变过程中,强磁场对其产生的影响。相关研究表明,磁场可以提高马氏体的开始转变温度,这主要是由磁场的静磁能效应、高场磁化率效应和磁致伸缩效应导致的。磁场促进了马氏体的形核和长大,从而使其含量增加,但磁场对马氏体的形貌影响不显著。同时介绍了强磁场作用下马氏体相变的最新进展与未来展望。
【文章来源】:金属热处理. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章页数】:7 页
【部分图文】:
物质的磁序[27]
马氏体相变是由顺磁性的母相奥氏体转变为铁磁性的新相马氏体。由于马氏体具有更高的磁化强度,在转变过程中施加磁场会导致铁磁性的马氏体吉布斯自由能大大降低,而对奥氏体的影响较小,因此磁场使吉布斯自由能的改变量增大,铁磁性的马氏体变得更加稳定。如图2表示,在磁场中马氏体的吉布斯自由能从Gα降低到GαM,奥氏体的吉布斯自由能由Gγ降为GγM,ΔGα比ΔGγ大得多,因而两相平衡温度就由T0升高到T"0,导致马氏体开始转变温度Ms也随之升高。1961年,前苏联Sadovsky等[18,33-34]以几种铁基合金为例,研究了磁场对马氏体开始转变温度(Ms)、转变量、产物形貌等的影响,发现磁场可明显提高Ms点。1965年,Wstrin等[35]的研究结果表明:在Ni-MnFe和C-Ni-Fe合金的变温马氏体相变过程中施加18.6 Oe(1 Oe=10-4T)的脉冲磁场,马氏体转变点平均温度升高6℃,磁场使Ms点和整个马氏体转变线向高温区移动,而且磁场使马氏体的转变量增加。然而磁场对等温马氏体转变过程的影响则有所不同,磁场提高了Ms点,但并没有促进马氏体转变量增加。Kudryavtsev等[36]研究发现,相比0.05 T低磁场,5 T的外部强磁场使Fe45Mn26Ga29合金的马氏体相变点Ms温度升高21 K。Omori等[37]发现,应用7 T强磁场使Fe-Mn-Ga合金的马氏体开始转变温度升高了20 K。Krivoglaz等[33]研究发现,磁场对马氏体转变的影响主要与静磁能(Zeeman energy)有关,并且推导出了Ms点升高的估算公式,此公式计算出Fe-Ni[18]合金的Ms点升高与实验结果十分接近。在此基础上,Kakeshita等[38-41]研究发现,在Fe-Pt[23,42]合金、Fe-Ni-Co-Ti热弹性合金[43]、Fe-Ni合金[14,26]等中测得的试验值与Krivoglaz公式的预估算值出入较大。Kakeshita等发现磁场对转变点的影响不仅仅与静磁能有关,还与高场磁化率效应和受迫磁致伸缩效应有关,并得出了Ms点估算更精确的公式:
近年来,San等[47]通过原位试验研究了强磁场下马氏体时效钢等温马氏体转变的动力学过程,同时提出了一种用有效转变时间衡量样品磁化强度的方法。研究发现[48],随着磁场强度升高,马氏体形核势能降低,转变速率加快。当外加磁场强度升高到30 T时,转变速率增加了好几个数量级。如图4所示,在恒定温度233 K(被认为是无磁场下转变最快的温度)下进行等温马氏体转变,无外加磁场时转变完成需要将近两个月的时间[49],而本试验中只需要几百秒的时间就可以得到80%体积分数的马氏体,说明30 T磁场大大加速了马氏体转变。图4 不同磁场下马氏体体积比与有效等温时间的函数关系[47]
【参考文献】:
期刊论文
[1]高强钢板材冲裁力实验研究[J]. 吴业全,罗爱辉,徐伟力. 精密成形工程. 2018(04)
[2]磁场对材料固态相变影响的研究进展[J]. 王西宁,陈铮,刘兵. 材料导报. 2002(02)
[3]电场和磁场作用下的金属凝固[J]. 邢书明,徐亚荣,胡汉起,刘秉顺. 特种铸造及有色合金. 1998(06)
[4]马氏体相变的分类[J]. 徐祖耀. 金属学报. 1997(01)
博士论文
[1]强磁场条件下耐热钢中合金碳化物的析出行为[D]. 侯廷平.武汉科技大学 2012
硕士论文
[1]强磁场作用力对材料组织和性能的影响[D]. 吴存有.大连理工大学 2003
本文编号:3422567
【文章来源】:金属热处理. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章页数】:7 页
【部分图文】:
物质的磁序[27]
马氏体相变是由顺磁性的母相奥氏体转变为铁磁性的新相马氏体。由于马氏体具有更高的磁化强度,在转变过程中施加磁场会导致铁磁性的马氏体吉布斯自由能大大降低,而对奥氏体的影响较小,因此磁场使吉布斯自由能的改变量增大,铁磁性的马氏体变得更加稳定。如图2表示,在磁场中马氏体的吉布斯自由能从Gα降低到GαM,奥氏体的吉布斯自由能由Gγ降为GγM,ΔGα比ΔGγ大得多,因而两相平衡温度就由T0升高到T"0,导致马氏体开始转变温度Ms也随之升高。1961年,前苏联Sadovsky等[18,33-34]以几种铁基合金为例,研究了磁场对马氏体开始转变温度(Ms)、转变量、产物形貌等的影响,发现磁场可明显提高Ms点。1965年,Wstrin等[35]的研究结果表明:在Ni-MnFe和C-Ni-Fe合金的变温马氏体相变过程中施加18.6 Oe(1 Oe=10-4T)的脉冲磁场,马氏体转变点平均温度升高6℃,磁场使Ms点和整个马氏体转变线向高温区移动,而且磁场使马氏体的转变量增加。然而磁场对等温马氏体转变过程的影响则有所不同,磁场提高了Ms点,但并没有促进马氏体转变量增加。Kudryavtsev等[36]研究发现,相比0.05 T低磁场,5 T的外部强磁场使Fe45Mn26Ga29合金的马氏体相变点Ms温度升高21 K。Omori等[37]发现,应用7 T强磁场使Fe-Mn-Ga合金的马氏体开始转变温度升高了20 K。Krivoglaz等[33]研究发现,磁场对马氏体转变的影响主要与静磁能(Zeeman energy)有关,并且推导出了Ms点升高的估算公式,此公式计算出Fe-Ni[18]合金的Ms点升高与实验结果十分接近。在此基础上,Kakeshita等[38-41]研究发现,在Fe-Pt[23,42]合金、Fe-Ni-Co-Ti热弹性合金[43]、Fe-Ni合金[14,26]等中测得的试验值与Krivoglaz公式的预估算值出入较大。Kakeshita等发现磁场对转变点的影响不仅仅与静磁能有关,还与高场磁化率效应和受迫磁致伸缩效应有关,并得出了Ms点估算更精确的公式:
近年来,San等[47]通过原位试验研究了强磁场下马氏体时效钢等温马氏体转变的动力学过程,同时提出了一种用有效转变时间衡量样品磁化强度的方法。研究发现[48],随着磁场强度升高,马氏体形核势能降低,转变速率加快。当外加磁场强度升高到30 T时,转变速率增加了好几个数量级。如图4所示,在恒定温度233 K(被认为是无磁场下转变最快的温度)下进行等温马氏体转变,无外加磁场时转变完成需要将近两个月的时间[49],而本试验中只需要几百秒的时间就可以得到80%体积分数的马氏体,说明30 T磁场大大加速了马氏体转变。图4 不同磁场下马氏体体积比与有效等温时间的函数关系[47]
【参考文献】:
期刊论文
[1]高强钢板材冲裁力实验研究[J]. 吴业全,罗爱辉,徐伟力. 精密成形工程. 2018(04)
[2]磁场对材料固态相变影响的研究进展[J]. 王西宁,陈铮,刘兵. 材料导报. 2002(02)
[3]电场和磁场作用下的金属凝固[J]. 邢书明,徐亚荣,胡汉起,刘秉顺. 特种铸造及有色合金. 1998(06)
[4]马氏体相变的分类[J]. 徐祖耀. 金属学报. 1997(01)
博士论文
[1]强磁场条件下耐热钢中合金碳化物的析出行为[D]. 侯廷平.武汉科技大学 2012
硕士论文
[1]强磁场作用力对材料组织和性能的影响[D]. 吴存有.大连理工大学 2003
本文编号:3422567
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