强磁场下冷却速率对Fe-1.1%C合金中“反常”组织的影响

　　磁场作为重要的一种物理场，在热处理过程中可以改变材料的显微组织和性能。在对钢铁材料显微组织的影响中，试验证明：加磁场可以增加Fe-0.45%C钢[1-2]和42CrMo钢[3]显微组织中先共析铁素体面积分数。可以使过共析钢(Fe-1.0%C)中二次渗碳体面积分数减少，珠光体平均片间距增加[4]，消除Fe-0.81%C中的有害相二次渗碳体[5]。

　　施加磁场可以使中碳低合金钢[6]中铁素体的硬度增加，使42CrMo钢低温回火[7]后的硬度降低，冲击韧性提高9%，高温回火试样[8]抗拉强度升高。在过共析钢中，沿原奥氏体晶界分布着粗厚的网状二次渗碳体，并且在此粗厚的渗碳体的两边分布有较宽的铁素体，这种组织被称为“反常”组织。宋维锡对过共析钢中 “反常”组织的形成情况和原因有简要的介绍[8]。但是强磁场下冷却速率在过共析钢中“反常”组织的研究至今还未见报道。为此本文选用高纯度Fe-1.1%C合金为试验材料，研究强磁场下冷却速率对其显微组织及性能的影响。并给出相应的理论解释。

　　1　试验材料与试验方法

　　首先采用99.99%的高纯电解铁，在高纯石墨坩埚中进行真空感应熔炼，得到高纯铸铁。再合理配制该铸铁和高纯电解铁，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(杂质元素总质量分数小于0.01%)，其化学成分见表1。

　　为得到化学成分及组织均匀的合金，对铸锭进行了不同方向的锻造，将其锻为31mm×31mm×35mm的方坯。然后对其进行真空下扩散退火处理(1100℃ ×10h)。最后在方坯中部切取尺寸为7mm×7mm×1mm的薄片作为试验用样品。将样品置于磁场中心无磁力位置，当磁场升到12T后，以5℃/min匀速将真空炉加热到910℃，并保温30min，再 以1、2、5℃/min的速率冷却到600℃，然后随炉冷却;当炉温降至400℃时，开始撤磁场;非磁场热处理试验除了不加磁场外，其他条件均与相应磁场热处理条件相同。热处理后的样品经精抛后在室温下用4%的硝酸酒精溶液进行腐蚀。 然后利用OLYMPUS/GX71金相显微镜观察其显微组织。利用Photo-shop软件中魔棒功能测定显微组织中“反常”组织的面积分数，具体方法为：选取100倍的金相组织，用魔棒分别选出视场中原奥氏体晶界处析出的二次渗碳体或铁素体，然后读出直方图中所选相的像素，用该像素除以整个视场的总像素，就得到所测相在一个视场的面积分数。取10个视场的平均值即为所测相占整个组织的面积分数。利用威尔逊沃泊特公司生产的450SVDTM硬度计测试样品的维氏宏观硬度(HV)。硬度测试面为试样的7mm×7mm表面，表面磨光磨平，加载负荷为10N，持续时间10s。在每个样品表面中心部位连续测试5个硬度值，取平均值即为该样品的宏观硬度。