在共析点以上磁场诱发共析钢珠光体相变的机理研究

通过调节磁场强度、等温温度等参数，控制磁场诱发珠光体的数量及大小，有效地进行领先相及珠光体的组织观察、测量与分析，研究0-12T磁场在共析点以上对共析成分钢等温珠光体相变的影响机制。建立在共析点以上磁场参数、等温温度、等温时间与诱发珠光体转变量的等温转变曲线。建立新相形核与长大的热力学自由能表达、动力学理论模型，揭示在共析点以上磁场对珠光体相变的诱发机制及形核机理。考察磁效应对相变组织和形态、取向、分布的影响，挖掘磁场在材料处理工艺的应用潜力。从逐渐开展的研究中挖掘磁效应在固态相变中的作用。本项目对揭示磁场对固态相变的影响机制、弄清相变机理中有关形核领先相及其长大行为、局部微结构的磁性行为、混合相中磁偏转等基本问题有理论价值；并且可为创新热处理工艺提供理论基础。

磁场在材料研究领域的最早热点是铁基与非铁基形状记忆合金的无扩散型M相变；超导强磁体制备技术以及低温技术的突破性进展使扩散型相变的研究也成为关注热点。磁场对P相变的研究始于上世纪末，以铁碳合金为主要对象，处于对基本现象及工艺的发掘阶段。除对P片层间距影响尚存在着矛盾结论外，仍存在的主要问题有：1）至今还没有一种合理的形核与长大模型为建立合理的数学公式提供基础，且单一形成机制无法解释P用比理论计算速度更快的速度形成；2）P领先相争论；3）γ/α两相组织表现出沿磁场方向的定向排列及生长现象还须进一步的实验依据。具各向异性的磁偶极子相互作用机制提出后，相关研究就局限在了低中碳钢上，然有报道称沿磁场方向成链状的α晶粒晶体学位向并未表现出任何织构；4）磁场的作用机制不够明确与深入，还缺少磁场下P相变的热力学理论模型的建立、动力学分析以及磁效应在组织控制方面的机制，且仅用两相化学自由能差提供相变驱动力的概念无法解释磁诱发P的形成，必然还有某种或某些磁效应在发挥着作用，有较大的研究空间。.在此背景下，本项目的研究方向为“在共析点以上磁场诱发共析钢P相变的机理研究”，为涉及顺磁相向铁磁相转变的相变基础理论研究。主要研究内容为：1）建立A1点以上磁场场强-温度-时间-诱发P量的关系；2）考察磁效应对相变组织形态及分布的控制作用，揭示磁场对P相变影响的动力学；3）揭示磁场对P相变的诱发内因，弄清相变机理中有关形核领先相、局部微结构磁性行为、混合相磁偏转、渗碳体的形成机制等基本问题。.针对50Si2Mn3钢所获得的重要结果及关键数据有：1）4T--20T磁场强度、963K--1023K等温相变温度为的磁诱发P相变动力学曲线；（2）各种条件下光镜、SEM、TEM的磁诱发P的组织形貌及P大小、两相比例、片间距等统计分析用的关键基础数据；3）提出P相变为相变初期的磁微结构形核与长大机制及相变发展到一定阶段转为扩散控制机制的混合形成机制；4）确定了磁场下共析P相变的领先相为铁素体；5）讨论了粒状P中渗碳体的三种形成机制。.本项目首次提出临界点以上等温磁诱发P相变的研究方法，排除常规处理中化学驱动力对相变的影响，突出磁驱动力项的关键作用，利于对相变深层次机理的探索；磁微结构成核机制的提出对半扩散型相变以及涉及顺磁相/铁磁相转变的机理研究有促进作用，并为利用磁场新途径、创新材料热处理工艺提供理论基础。