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外磁场对铁基合金中相变热力学及动力学的影响

方宇明  
【摘要】: 外磁场下铁基合金的相变热力学及相变动力学已成为材料学的研究热点之一。大量的研究结果表明,在外磁场的作用下,铁基合金的微观组织会发生变化,通过控制外磁场强度及热处理温度,可以达到改善合金机械性能的目的。 到目前为止,外磁场下铁基合金的相变热力学及相变动力学的研究还很有限。本论文对外磁场下纯铁及铁基合金的磁学性能、相变热力学和相变动力学进行了理论计算,其主要研究结果如下: (1)采用分子场理论对不同外磁场下纯铁及铁基合金的磁化强度进行了计算,并定义磁化强度一温度曲线的拐点为居里温度,从而计算了外磁场下的居里温度。结果表明磁化强度及居里温度随外磁场强度的增加而提高。 (2)考虑了外磁场对α相Gibbs自由能的影响,并计算了纯Fe,Fe-C,Fe-Si, Fe-Mo,Fe-Cr和Fe-Mo-Si各体系中的α/γ相平衡,结果表明α相随外磁场强度的增加越来越稳定,其相区越来越大。 (3)根据无外磁场时的扩散系数计算模型,首次推导了外磁场下的扩散系数计算模型,并利用外磁场下的扩散系数计算模型对α-Fe自扩散系数及Ni和Co在α-Fe中的扩散系数进行了计算。计算结果表明扩散系数随温度的降低而减小,随外磁场强度的增加而减小,而且在居里点附近减小得较显著,lgD-T曲线也变得圆滑。 (4)利用经典形核理论及晶体生长模型,并考虑外磁场对相变驱动力的影响,计算了外磁场下纯铁及Fe-1C(at.%)合金中γ→α相变的形核势垒、临界形核半径、形核率、晶体生长速度和TTT曲线。结果表明外磁场下形核势垒和临界形核半径减小,形核率与生长速度都增大,且形核率比生长速度增大得更明显, TTT曲线的鼻温升高,相转变时间缩短。因此本研究的计算结果很好地符合晶粒细化的必要条件,从而解释了外磁场下α相晶粒能够得到细化的原因。 本论文的研究结果为外磁场下纯铁及铁基合金的居里温度、相平衡和相变动力学的实验研究提供了重要的理论指导。


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