對硅錳鑄鋼在相變溫度(A1)附近進(jìn)行等溫處理的研究表明,經(jīng)磁場處理后的試樣組織中存在更多的粒狀珠光體組織。此粒狀珠光體由兩部分構(gòu)成:一部分來自塊狀鐵素體中直接析出粒狀的不連續(xù)滲碳體;一部分來自等溫過程中片狀滲碳體的熔斷。磁場通過促進(jìn)鐵素體的形核與長大,使較多的碳原子"陷落"在鐵素體內(nèi)以沉淀析出方式形成粒狀滲碳體,處理溫度越低,此作用越明顯。此外,磁場下珠光體組成相磁致伸縮率存在差異,引起珠光體兩組成相之間的應(yīng)變能變化,有利于滲碳體以球狀析出于奧氏體或鐵素體中,也對粒狀珠光體分?jǐn)?shù)的增加作出貢獻(xiàn)。

　　利用超導(dǎo)穩(wěn)恒強(qiáng)磁場開展的研究已拓展到凝聚態(tài)物理學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、真空等領(lǐng)域，并已得到大量研究成果，其重要性已經(jīng)在各種程度上被認(rèn)可［1］。目前，穩(wěn)恒強(qiáng)磁場作用下的固態(tài)相變受到了廣泛的關(guān)注，已成為材料科學(xué)中重要的研究領(lǐng)域之一。

　　王亞男等［2］利用磁場對低碳鋼鐵素體轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在低碳鋼發(fā)生奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)，穩(wěn)恒磁場可以明顯提高鐵素體的體積分?jǐn)?shù)，并能促進(jìn)鐵索體形核，使鐵素體晶粒細(xì)化和均勻化;Ohtsuka 等［3］研究了磁場對珠光體轉(zhuǎn)變的影響，磁場加速了珠光體( P) 的晶內(nèi)與晶界形核速率，珠光體的轉(zhuǎn)變溫度由于磁場的引入而升高; 周曉玲等［4］ 研究了相變溫度A1點(diǎn)以上磁誘發(fā)珠光體相變研究，磁場可在A1點(diǎn)以上的溫度誘發(fā)P ，隨著磁場作用時(shí)間的延長，所誘發(fā)的P 量的增加主要是P 團(tuán)長大所致，存在一定數(shù)量具鐵磁性的共析相、磁場作用時(shí)間及其強(qiáng)度的大小是決定在A1以上溫度誘發(fā)P 量的關(guān)鍵因素。強(qiáng)磁場作為材料熱處理的新手段，通過對相變過程中材料的微觀組織［5-7］、性能［8-9］的影響，實(shí)現(xiàn)新材料制備與改性。利用新舊兩相間磁性能的差異，強(qiáng)磁場能夠有效地影響鐵基材料中馬氏體、貝氏體、珠光體、鐵素體的轉(zhuǎn)變起始溫度，加速其轉(zhuǎn)變行為，從而影響材料的最終使用性能。

　　鋼鐵材料由于資源豐富、可大規(guī)模生產(chǎn)加工、價(jià)格低廉，同時(shí)具有優(yōu)良的使用性能和便于回收等特點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。由于耐磨硅錳鑄鋼強(qiáng)度和硬度較高，機(jī)加工困難，而與片狀珠光體相比，粒狀珠光體的強(qiáng)度和硬度較低，可加工性能以及淬火工藝性能比片狀珠光體好［10］。本文對硅錳鑄鋼在12 T 磁場作用下，進(jìn)行等溫處理的組織開展研究，以分析磁場對珠光體組織粒化的影響。

實(shí)驗(yàn)材料及方法

　　試樣材料選用先期研制的硅錳鑄鋼50Si2Mn3，其成分( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% ) 為0. 5 C，2. 18 Si，2. 71 Mn，0. 06 S，F(xiàn)e 余量，在150 kg 中頻感應(yīng)爐中熔煉，熔清后于1450 ℃進(jìn)行澆注，經(jīng)均勻化退火后加工成尺寸為��10 mm × 28 mm 的試樣，并在其一端鉆有一個(gè)尺寸為��1. 5 mm × 10 mm 的測溫中心孔。試樣分為兩組，一組無磁，一組有磁。兩組實(shí)驗(yàn)采用了完全相同的奧氏體化溫度與時(shí)間即830 ℃ ×30 min，等溫溫度分別為680、700 ℃，等溫時(shí)間為5 h。其中有磁實(shí)驗(yàn)采用了上海大學(xué)金屬材料研究所的超導(dǎo)強(qiáng)磁體設(shè)備，其有效工作空間是��98 mm × 400mm，中心磁感應(yīng)強(qiáng)度在0 ～ 14 T 間連續(xù)可調(diào)。磁場熱處理時(shí)所施加的磁場強(qiáng)度為12 T，磁場分布比較均勻，磁場精度為0. 0001 T，其方向與樣品長度方向一致。在實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)使用了兩個(gè)相同的自制熱處理爐，一個(gè)用于奧氏體化，而另一個(gè)用于等溫處理，并采用ZNBC-60 型智能編程控溫儀控溫，其控溫精度在± 1 ℃。試樣在磁體及等溫爐中放置的空間位置非常關(guān)鍵，要保證其同時(shí)處于穩(wěn)恒磁場的作用區(qū)間和等溫爐內(nèi)的有效加熱溫度區(qū)間。

　　所有試樣經(jīng)常規(guī)機(jī)械拋光、4% 硝酸酒精腐蝕，采用萊茲大型臥式精密金相顯微鏡、Philips XL30ESEMTMP掃描電鏡對試樣的組織進(jìn)行分析。在HR-150A臺(tái)式洛氏硬度儀上使用150 kg 力進(jìn)行硬度測定，取其平均值。

　　1) 對12 T 強(qiáng)磁場作用下等溫珠光體轉(zhuǎn)變的研究發(fā)現(xiàn)，磁場能夠促進(jìn)更多的粒狀珠光體組織的形成。此粒狀珠光體由兩部分構(gòu)成，一部分來自塊狀鐵素體中直接析出粒狀的不連續(xù)滲碳體; 另一部分來自長時(shí)間等溫過種中滲碳體片的逐漸溶斷;

　　2) 磁場對珠光體粒化的貢獻(xiàn)在于，磁場通過提供磁驅(qū)動(dòng)力項(xiàng)促進(jìn)了鐵素體的形成，使較多的過飽和碳原子“陷落”于其中并以沉淀析出的方式形成了粒狀滲碳體，等溫溫度越低，粒化效果越明顯。與此同時(shí)，磁場通過增加滲碳體/鐵素體界面能和磁致伸縮應(yīng)變能促使?jié)B碳體以球狀在鐵素體或奧氏體中析出。