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低频交变磁场作用下铁磁性材料组织性能变化规律的研究

宋燕利  
【摘要】: 利用磁场实现铁磁性材料组织性能的快速转变是近三十年发展起来的一种新型材料处理方法,它具有节能环保、操作方便和无附加变形等优点,应用前景十分广阔。然而,由于目前对磁处理的规律和机制还未完全掌握,此项技术在工业生产中尚未得到广泛应用。因此,优化磁工艺参数、揭示磁处理的规律和机制是一项十分重要和有意义的科研课题。 本文通过试验和理论分析等手段,对低频交变磁场作用下低合金高强度钢QStE420组织性能的变化规律进行了研究。主要成果如下: 在磁路设计和计算的基础上,设计制作了一套低频交变磁场发生装置。利用该装置,可以实现对励磁电压、磁场方向、频率和处理时间的调节和控制。 选用前人确定的磁工艺参数对薄钢板堆焊焊缝进行了处理,并通过钻孔法测量了磁处理前后的焊接残余应力,结果发现:(1)磁处理后应力整体下降,(2)初始应力较大处的应力下降量也较大。通过正交试验方法得出,各磁工艺参数对焊接残余应力的影响程度(由强到弱)依次为“磁处理时间”、“磁场方向”、“磁场频率”和“励磁电压”;并且当上述磁工艺参数取值依次为“40s”、“垂直于焊缝”、“2Hz”和“225V”时得到最优参数组合。 以最优磁工艺参数对试样进行处理,通过拉伸和硬度试验测量了力学性能指标在磁处理前后的改变,发现磁处理后材料塑性略有提高、硬度降低,各试样同一性能指标之间的差异性明显减小。 利用扫描电子显微镜对焊缝横截面形貌进行了观察,发现磁处理后试样微区存在着较为明显的磁致塑性形变。改变磁场频率,磁致塑性形变量和磁致伸缩幅值具有不同的变化趋势,由此证明磁致伸缩并非产生磁致塑性形变的主要原因。利用原子力显微镜对磁畴结构进行了观察,分析了磁化过程中因磁畴壁移动而导致的磁畴能量变化,进而推得在畴壁的不可逆位移阶段,应力与畴壁位移近似呈二次曲线关系。在此基础上从磁畴结构与能量的变化角度解释了部分已有的试验现象。 本文研究结果可为进一步寻求磁处理的作用规律和机制提供参考,并有望为磁处理技术在生产实际中的应用和推广提供一定的科学指导和理论依据。


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