外场作用下的凝固技术主要是指在液态金属凝固过程中施加电场或者磁场,达到控制材料组织和性能的目的。在现有条件下,电场主要分为直流电场和脉冲电场,磁场分为直流磁场、交变磁场和脉冲磁场。大量的实验结论表明,在凝固过程中施加外场确实能改变金属中杂质元素的分布以及使晶粒得到细化。然而大部分的研究多集中于低熔点熔体,但是对于高熔点熔体,如钢、铁合金的研究尚在起步阶段,其作用机理还不明确。分别研究了在脉冲电场和稳恒磁场作用下的Fe-C-i系三元熔体凝固组织。在实验过程中,通过改变杂质元素Si、Mn、P、S的含量,改变外场条件,我们对不同杂质元素的迁移和分布规律做了系统的研究,包括金相分析,原位分析和扫描电镜分析等,最后提出了影响杂质元素及其夹杂物的迁移和分布的机理,同时给出了外场能够改善Fe-C-i系三元熔体凝固组织的理论解释。脉冲电场的实验结论表明:电场对不同杂质元素的影响是不一样的,但从整体上来说改善了溶质偏聚,细化了晶粒组织。脉冲电压处理后的各个熔体,C元素的均匀度都有改善,其中Fe-C-Si的处理效果最明显,本试验条件下,8V的脉冲电压对均匀熔体,改善C偏析最为有利。脉冲电压使得各杂质元素朝不同方向迁移,形成了不同的偏析带,其中P、Si在中心形成负偏析,Mn在中心形成了正偏析,其中Mn、P、S都有向负极迁移的趋势,C与Mn、C与P有相似的迁移规律。脉冲电场处理过的Fe-C-P系和Fe-C-S系三元熔体,夹杂物的分布规律也不相同,前者主要集中在中心区域,后者则比较散乱。Fe-C-P系形成的夹杂物主要是MnS和Al2O3, Fe-C-S系形成的夹杂物主要是FeS和MnS。稳恒磁场的实验结论表明:磁场对Fe-C-S、Fe-C-P、Fe-C-Si熔体的凝固组织的影响比较明显,晶界出现比较明显的排列方向性;对Fe-C-Mn熔体的影响则并不明显。稳恒磁场减轻了溶质偏聚,均匀了晶粒组织,熔体在施加磁场后,元素的分布发生改变了,从而导致分配系数的改变。本实验条件下元素发生迁移,且随着磁场强度的增大(<1T),元素的迁移方向是不同的。强磁场处理过的Fe-C-P系和Fe-C-S系三元熔体,夹杂物的分布规律相反,前者聚集于边缘区域,后者集中在中心区域。Fe-C-P系形成的夹杂物主要是Fe的磷化物和MnS,Fe-C-S系形成的夹杂物主要是FeS和MnS。在本实验条件下,三元基熔体中杂质元素和C元素的迁移规律是相近的,施加磁场能是使组织均匀度增加;但随着磁场强度增大,均匀度减弱。因而磁场强度并不是越大对凝固组织越有利,应该有一个最佳值得到最合适的过冷度,才能得到最细化的晶粒,偏析度才能得到最好的改善。