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强磁场作为一种极端的热处理手段在Fe-C合金的扩散型固态相变过程中的应用一直受到广泛的关注。但是由于合金钢种类繁多、相变产物丰富、相变过程复杂,使得现有研究缺乏系统性、规律性。鉴于此,本论文以三种高纯Fe-C合金为实验对象,对强磁场下Fe-C合金扩散型固态相变的显微组织和晶体学取向特征进行了系统的实验研究和理论解析,试图探索强磁场对Fe-C合金扩散型固态相变的影响机制,进一步揭示强磁场下高纯Fe-C合金显微组织形貌和晶体学取向特征之间的内在联系。 强磁场能诱发Fe-0.12%C合金中珠光体团沿磁场方向伸长和先共析铁素体沿磁场方向排列的显微组织形貌的形成。这是退磁场和磁偶极子作用在先共析铁素体相变后期共同影响铁素体形核和长大过程的结果。强磁场对Fe-0.12%C合金先共析铁素体晶体学取向(织构)没有明显的影响。Fe-0.12%C合金中珠光体晶体学取向关系为ISOR,P-P1 OR和P-P2 OR。强磁场对Fe-0.12%C合金珠光体晶体学取向关系没有明显的影响。 强磁场能诱发Fe-0.36%C合金中先共析铁素体沿磁场方向伸长的显微组织形貌的形成,这是退磁场和磁偶极子作用共同影响先共析铁素体形核和长大过程的结果。实验证明强磁场能提高碳在铁素体中的固溶度,其磁场作用的物理机制为铁素体中的间隙碳原子能显著降低周围铁原子的原子磁矩,从而导致系统退磁场能降低,有利于系统稳定性的提高。强磁场能使Fe-0.36%C合金先共析铁素体沿ND方向<001>织构强度增强。这是由于在磁偶极子和退磁场作用下,<001>晶向沿ND方向的铁素体晶粒具有较低的晶格畸变能和退磁场能,使得其形核和长大具有能量上的优势,因此强磁场能促进<001>晶向沿ND方向的铁素体晶粒的形核和长大。Fe-0.36%C合金中珠光体晶体学取向关系为IS OR,P-P1 OR和P-P2 OR。由于强磁场能促进珠光体中的铁素体的形核,有利于铁素体优先形核,因此,强磁场对Fe-0.36%C合金中珠光体P-P2 OR的形成有促进作用。 强磁场促进Fe-1.1%C合金中“反常”组织的形成,这是强磁场增加原始奥氏体晶界尺寸以及强磁场提高先共析铁素体转变驱动力导致的。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-P2OR的形成。 强磁场下含碳量对高纯Fe-C合金显微组织形貌和晶体学取向特征有重要影响。由于合金含碳量影响先共析转变温度和先共析铁素体转变量,使得强磁场下Fe-C合金显微组织形貌呈现不同特点。强磁场对先共析铁素体晶体学取向(织构)的影响与合金含碳量有关,本研究中,强磁场的作用在含碳量较高的Fe-0.36%C合金中更明显。此外,强磁场对Fe-C合金珠光体晶体学取向关系的影响也是在含碳量较高Fe-1.1%C合金中更为明显。 理论分析表明,强磁场下沿磁场方向伸长和链状排列的显微组织形貌的形成以及强磁场对先共析铁素体晶体学取向(织构)的影响,都是先共析转变过程中强磁场下磁偶极子与退磁场共同作用的结果;强磁场下先共析铁素体转变量升高以及强磁场对珠光体晶体学取向关系的影响都是由于强磁场影响相平衡,促进先共析铁素体形核导致的。这表明强磁场对Fe-C合金显微组织形貌以及晶体学取向特征的影响是统一的。