強磁場對鋼中馬氏體相變的影響及其研究展望
發(fā)布時間：2021-10-07 18:38
固態(tài)相變中,由于兩相之間的磁性差異,外加磁場將改變奧氏體向馬氏體的相變過程,同時對馬氏體的微觀組織產(chǎn)生影響。主要闡述了馬氏體相變過程中,強磁場對其產(chǎn)生的影響。相關(guān)研究表明,磁場可以提高馬氏體的開始轉(zhuǎn)變溫度,這主要是由磁場的靜磁能效應(yīng)、高場磁化率效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)導致的。磁場促進了馬氏體的形核和長大,從而使其含量增加,但磁場對馬氏體的形貌影響不顯著。同時介紹了強磁場作用下馬氏體相變的最新進展與未來展望。
【文章來源】：金屬熱處理. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
物質(zhì)的磁序[27]
馬氏體相變是由順磁性的母相奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁性的新相馬氏體。由于馬氏體具有更高的磁化強度，在轉(zhuǎn)變過程中施加磁場會導致鐵磁性的馬氏體吉布斯自由能大大降低，而對奧氏體的影響較小，因此磁場使吉布斯自由能的改變量增大，鐵磁性的馬氏體變得更加穩(wěn)定。如圖2表示，在磁場中馬氏體的吉布斯自由能從Gα降低到GαM，奧氏體的吉布斯自由能由Gγ降為GγM，ΔGα比ΔGγ大得多，因而兩相平衡溫度就由T0升高到T"0，導致馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms也隨之升高。1961年，前蘇聯(lián)Sadovsky等[18,33-34]以幾種鐵基合金為例，研究了磁場對馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度(Ms)、轉(zhuǎn)變量、產(chǎn)物形貌等的影響，發(fā)現(xiàn)磁場可明顯提高Ms點。1965年，Wstrin等[35]的研究結(jié)果表明:在Ni-MnFe和C-Ni-Fe合金的變溫馬氏體相變過程中施加18.6 Oe(1 Oe=10-4T)的脈沖磁場，馬氏體轉(zhuǎn)變點平均溫度升高6℃，磁場使Ms點和整個馬氏體轉(zhuǎn)變線向高溫區(qū)移動，而且磁場使馬氏體的轉(zhuǎn)變量增加。然而磁場對等溫馬氏體轉(zhuǎn)變過程的影響則有所不同，磁場提高了Ms點，但并沒有促進馬氏體轉(zhuǎn)變量增加。Kudryavtsev等[36]研究發(fā)現(xiàn)，相比0.05 T低磁場，5 T的外部強磁場使Fe45Mn26Ga29合金的馬氏體相變點Ms溫度升高21 K。Omori等[37]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用7 T強磁場使Fe-Mn-Ga合金的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度升高了20 K。Krivoglaz等[33]研究發(fā)現(xiàn)，磁場對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響主要與靜磁能(Zeeman energy)有關(guān)，并且推導出了Ms點升高的估算公式，此公式計算出Fe-Ni[18]合金的Ms點升高與實驗結(jié)果十分接近。在此基礎(chǔ)上，Kakeshita等[38-41]研究發(fā)現(xiàn)，在Fe-Pt[23,42]合金、Fe-Ni-Co-Ti熱彈性合金[43]、Fe-Ni合金[14,26]等中測得的試驗值與Krivoglaz公式的預(yù)估算值出入較大。Kakeshita等發(fā)現(xiàn)磁場對轉(zhuǎn)變點的影響不僅僅與靜磁能有關(guān)，還與高場磁化率效應(yīng)和受迫磁致伸縮效應(yīng)有關(guān)，并得出了Ms點估算更精確的公式:
近年來，San等[47]通過原位試驗研究了強磁場下馬氏體時效鋼等溫馬氏體轉(zhuǎn)變的動力學過程，同時提出了一種用有效轉(zhuǎn)變時間衡量樣品磁化強度的方法。研究發(fā)現(xiàn)[48]，隨著磁場強度升高，馬氏體形核勢能降低，轉(zhuǎn)變速率加快。當外加磁場強度升高到30 T時，轉(zhuǎn)變速率增加了好幾個數(shù)量級。如圖4所示，在恒定溫度233 K(被認為是無磁場下轉(zhuǎn)變最快的溫度)下進行等溫馬氏體轉(zhuǎn)變，無外加磁場時轉(zhuǎn)變完成需要將近兩個月的時間[49]，而本試驗中只需要幾百秒的時間就可以得到80%體積分數(shù)的馬氏體，說明30 T磁場大大加速了馬氏體轉(zhuǎn)變。圖4 不同磁場下馬氏體體積比與有效等溫時間的函數(shù)關(guān)系[47]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高強鋼板材沖裁力實驗研究[J]. 吳業(yè)全,羅愛輝,徐偉力. 精密成形工程. 2018(04)
[2]磁場對材料固態(tài)相變影響的研究進展[J]. 王西寧,陳錚,劉兵. 材料導報. 2002(02)
[3]電場和磁場作用下的金屬凝固[J]. 邢書明,徐亞榮,胡漢起,劉秉順. 特種鑄造及有色合金. 1998(06)
[4]馬氏體相變的分類[J]. 徐祖耀. 金屬學報. 1997(01)
博士論文
[1]強磁場條件下耐熱鋼中合金碳化物的析出行為[D]. 侯廷平.武漢科技大學 2012
碩士論文
[1]強磁場作用力對材料組織和性能的影響[D]. 吳存有.大連理工大學 2003
本文編號：3422567
【文章來源】：金屬熱處理. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
物質(zhì)的磁序[27]
馬氏體相變是由順磁性的母相奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁性的新相馬氏體。由于馬氏體具有更高的磁化強度，在轉(zhuǎn)變過程中施加磁場會導致鐵磁性的馬氏體吉布斯自由能大大降低，而對奧氏體的影響較小，因此磁場使吉布斯自由能的改變量增大，鐵磁性的馬氏體變得更加穩(wěn)定。如圖2表示，在磁場中馬氏體的吉布斯自由能從Gα降低到GαM，奧氏體的吉布斯自由能由Gγ降為GγM，ΔGα比ΔGγ大得多，因而兩相平衡溫度就由T0升高到T"0，導致馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms也隨之升高。1961年，前蘇聯(lián)Sadovsky等[18,33-34]以幾種鐵基合金為例，研究了磁場對馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度(Ms)、轉(zhuǎn)變量、產(chǎn)物形貌等的影響，發(fā)現(xiàn)磁場可明顯提高Ms點。1965年，Wstrin等[35]的研究結(jié)果表明:在Ni-MnFe和C-Ni-Fe合金的變溫馬氏體相變過程中施加18.6 Oe(1 Oe=10-4T)的脈沖磁場，馬氏體轉(zhuǎn)變點平均溫度升高6℃，磁場使Ms點和整個馬氏體轉(zhuǎn)變線向高溫區(qū)移動，而且磁場使馬氏體的轉(zhuǎn)變量增加。然而磁場對等溫馬氏體轉(zhuǎn)變過程的影響則有所不同，磁場提高了Ms點，但并沒有促進馬氏體轉(zhuǎn)變量增加。Kudryavtsev等[36]研究發(fā)現(xiàn)，相比0.05 T低磁場，5 T的外部強磁場使Fe45Mn26Ga29合金的馬氏體相變點Ms溫度升高21 K。Omori等[37]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用7 T強磁場使Fe-Mn-Ga合金的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度升高了20 K。Krivoglaz等[33]研究發(fā)現(xiàn)，磁場對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響主要與靜磁能(Zeeman energy)有關(guān)，并且推導出了Ms點升高的估算公式，此公式計算出Fe-Ni[18]合金的Ms點升高與實驗結(jié)果十分接近。在此基礎(chǔ)上，Kakeshita等[38-41]研究發(fā)現(xiàn)，在Fe-Pt[23,42]合金、Fe-Ni-Co-Ti熱彈性合金[43]、Fe-Ni合金[14,26]等中測得的試驗值與Krivoglaz公式的預(yù)估算值出入較大。Kakeshita等發(fā)現(xiàn)磁場對轉(zhuǎn)變點的影響不僅僅與靜磁能有關(guān)，還與高場磁化率效應(yīng)和受迫磁致伸縮效應(yīng)有關(guān)，并得出了Ms點估算更精確的公式:
近年來，San等[47]通過原位試驗研究了強磁場下馬氏體時效鋼等溫馬氏體轉(zhuǎn)變的動力學過程，同時提出了一種用有效轉(zhuǎn)變時間衡量樣品磁化強度的方法。研究發(fā)現(xiàn)[48]，隨著磁場強度升高，馬氏體形核勢能降低，轉(zhuǎn)變速率加快。當外加磁場強度升高到30 T時，轉(zhuǎn)變速率增加了好幾個數(shù)量級。如圖4所示，在恒定溫度233 K(被認為是無磁場下轉(zhuǎn)變最快的溫度)下進行等溫馬氏體轉(zhuǎn)變，無外加磁場時轉(zhuǎn)變完成需要將近兩個月的時間[49]，而本試驗中只需要幾百秒的時間就可以得到80%體積分數(shù)的馬氏體，說明30 T磁場大大加速了馬氏體轉(zhuǎn)變。圖4 不同磁場下馬氏體體積比與有效等溫時間的函數(shù)關(guān)系[47]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高強鋼板材沖裁力實驗研究[J]. 吳業(yè)全,羅愛輝,徐偉力. 精密成形工程. 2018(04)
[2]磁場對材料固態(tài)相變影響的研究進展[J]. 王西寧,陳錚,劉兵. 材料導報. 2002(02)
[3]電場和磁場作用下的金屬凝固[J]. 邢書明,徐亞榮,胡漢起,劉秉順. 特種鑄造及有色合金. 1998(06)
[4]馬氏體相變的分類[J]. 徐祖耀. 金屬學報. 1997(01)
博士論文
[1]強磁場條件下耐熱鋼中合金碳化物的析出行為[D]. 侯廷平.武漢科技大學 2012
碩士論文
[1]強磁場作用力對材料組織和性能的影響[D]. 吳存有.大連理工大學 2003
本文編號：3422567
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