强磁场下保温时间对Fe-1.1%C钢中“反常”组织的影响

　　施加强磁场可以明显改变Fe-C系合金相变过程中的微观组织。在奥氏体化后快冷至某一温度等温过程中施加强磁场可明显增加先共析铁素体面积分数和晶粒数[1-4]。Xu等[1-2]在强磁场下对Fe-C-Mn-Nb钢奥氏体化后在 720℃保温不同时间后发现，随保温时间的延长铁素体面积分数、晶粒数及长大速度增加; 不加磁场条件下，720 ℃等温15min后先共析铁素体刚刚开始析出，而加磁场后720℃等温15min先共铁素体的转变基本完成，强磁场对先共析铁素体形核速度的影响与晶粒长大速度相比更明显。Enomoto等[3]研究了Fe-0.11%C-B，Fe-0. 39%C，Fe-0.39%C-2.92%Ni等合金奥氏体化后，在一定温度保温不同时间时施加强磁场后微观组织的变化，也发现随保温时间的延长先共析铁素体面积分数和晶粒数增加，并发现合金元素对先共析铁素体晶粒数影响较大。Hao等[4-5]分别对Fe-0.41C和Fe-C-Mn钢在强磁场下等温不同时间进行了研究，同样发现先共析铁素体面积分数随等温时间的延长而增加，且随等温时间的延长先共析铁素体晶粒沿磁场方向伸长的趋势更加明显[6]。

　　在过共析钢中，一种组织被称为“反常”组织，即在原奥氏体晶界分布着粗厚的网状二次渗碳体，而且在此粗厚的渗碳体的两边有很宽的铁素体。宋维锡在《金属学》[7]中对过共析钢中“反常”组织进行了简要的介绍。但是强磁场下保温时间对过共析钢中“反常”组织的研究至今未见报道。为此本文选用高纯Fe-1.1%C合金为实验材料，研究强磁场下保温时间对其显微组织及性能的影响，并给出相应的理论解释。

　　1 实验材料与实验方法

　　实验以纯度为99.99%的电解铁和高纯石墨为原料，使用水冷铜坩埚真空磁悬浮熔炼法熔炼高纯度的Fe-1. 1%C合金(杂质元素总含量小于0.01%)，其化学成分如表1。

　　为了使合金铸锭的成分及组织均匀化，对合金进行了各个方向的热锻，将其锻尺寸为31mm×31mm×35mm 料，然后长时间真空扩散退火(1100℃ 、10h)及完全退火。然后用线切割机切取尺寸为7mm×7mm×1mm的薄片。

　　将样品放置在磁体中心位置，待磁场达到目标磁场强度12T后，再以5℃/min将真空炉加热到910℃ ，保温不同时间(5、10、30和60min)后以2℃/min的冷却速率将样品冷却到600℃，最后炉冷至室温; 待温度降至400℃时，撤磁场。无磁场热处理实验除了采用磁场强度为零外，其它工艺条件及样品摆放均与相应磁场热处理条件相同。

　　处理后的试样经机械抛光后用4%的硝酸酒精溶液在室温下进行腐蚀。在OLYMPUS/GX71金相显微镜下对热处理后的试样进行显微组织的观察。取样品放大倍数为100倍下的组织。应用Photoshop软件中魔棒功能标出一个视场中需要测定面积分数的相(二次渗碳体或铁素体) ，然后在Photoshop软件直方图中读出所选相的像素，用该像素除以视场的总像素就是所测相一个视场的面积分数。然后取10个视场的平均值为所测相的面积分数。硬度测试450SVDTM硬度计上测定样品的宏观维氏硬度(HV)。硬度测试面为试样的表面，加载负荷为10kg，加载时间为10s。每个试样测5个硬度值，取其平均值。