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强磁场对碳在纯铁中扩散系数的影响

作　者: 段国升
导　师: 赵骧
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 强磁场碳扩散系数纯铁磁场强度磁场梯度
分类号: TG156.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以高纯铁和固态渗碳剂为实验材料,分别实施不同工艺条件的强磁场渗碳处理。借助金相显微镜、扫描电子显微镜以及扫描电子探针等分析测试手段对处理后的样品的显微组织及碳浓度分布进行研究,对样品中碳的扩散系数进行推导和计算,系统研究了磁场强度和磁场梯度对碳在纯铁中扩散系数的影响,同时对磁场的作用机理进行了理论分析。实验样品经930℃保温25min磁场和非磁场渗碳处理后,不管碳扩散方向垂直于磁场方向还是平行于磁场方向,磁场退火样品的碳扩散距离和碳扩散系数均比非磁场退火样品的低；随着磁场强度的升高,碳扩散距离和碳扩散系数呈下降的趋势。这表明在顺磁性的奥氏体区渗碳时,外加磁场阻碍了碳在纯铁中的扩散。这主要是由于磁致伸缩作用使晶格发生畸变,导致碳的扩散系数降低,不利于碳的扩散所致。实验样品经850℃保温60min磁场和非磁场渗碳处理后,不管碳扩散方向垂直于磁场方向还是平行于磁场方向,磁场退火样品的碳扩散距离和扩散系数均比非磁场退火样品的高；且随着磁场强度的升高,碳的扩散距离和碳扩散系数呈升高的趋势。这表明在居里温度以上的顺磁性的铁素体区渗碳时,外加磁场促进了碳在纯铁中的扩散。这主要是由于施加磁场使得样品中的结构缺陷增多,增加了碳扩散通量。实验样品经750℃保温4h磁场和非磁场渗碳处理后,不管碳扩散方向垂直于磁场方向还是平行于磁场方向,当磁场强度小于1T时,随着磁场强度的增加,渗碳样品中碳的扩散距离和扩散系数变化不明显。当磁场强度大于1T时,随着磁场强度的增加,渗碳样品中碳的扩散距离和碳扩散系数显著降低。这表明在居里温度以下的铁磁性的铁素体区渗碳时,磁场在大于1T时能显著阻碍碳在纯铁中的扩散。主要原因是磁致伸缩效应使晶格发生畸变,不利于碳的扩散。将实验样品分别在负梯度磁场(-282T2/m)中进行850℃保温60min和930℃保温25min的渗碳处理。结果显示,负梯度磁场渗碳处理后样品的渗碳距离比相邻的稳恒磁场处理样品的渗碳距离略大,碳扩散系数也较相邻的稳恒磁场处理样品的扩散系数要高。这表明负梯度磁场相较于稳恒磁场更能促进碳在纯铁中的扩散。这主要是由于负梯度磁场导致沿磁场梯度方向的碳扩散通量增大所致。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章文献综述  10-23
  1.1 概述  10
  1.2 强磁场对铁系合金固态相变的影响  10-15
    1.2.1 强磁场对马氏体转变的影响  11-12
    1.2.2 强磁场对铁素体转变的影响  12-15
  1.3 强磁场对金属材料中合金元素扩散的影响  15-18
  1.4 钢铁材料的渗碳工艺  18-22
  1.5 本文的研究目的和主要研究内容  22-23
第2章样品的制备和实验方法  23-27
  2.1 实验材料及制备  23-24
  2.2 实验装置及工艺  24-26
  2.3 实验分析及测试方法  26-27
    2.3.1 显微组织观察  26
    2.3.2 碳浓度分析  26-27
第3章磁场强度对碳在纯铁中扩散系数的影响  27-63
  3.1 引言  27
  3.2 实验材料与方法  27-28
  3.3 实验结果分析  28-53
    3.3.1 在顺磁性的奥氏体区磁场强度对碳在纯铁中扩散系数的影响  28-37
    3.3.2 在顺磁性的铁素体区磁场强度对碳在纯铁中扩散系数的影响  37-45
    3.3.3 在铁磁性的铁素体区磁场强度对碳在纯铁中扩散系数的影响  45-53
  3.4 分析与讨论  53-61
  3.5 本章小结  61-63
第4章负梯度磁场对碳在纯铁中扩散系数的影响  63-71
  4.1 引言  63
  4.2 实验材料与方法  63-64
  4.3 实验结果分析  64-69
    4.3.1 在顺磁性的奥氏体区负梯度磁场对碳在纯铁中扩散系数的影响  64-67
    4.3.2 在顺磁性的铁素体区负梯度磁场对碳在纯铁中扩散系数的影响  67-69
  4.4 分析与讨论  69-70
  4.5 本章小结  70-71
第5章结论  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
硕士生期间发表的论文目录  77

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