强磁场下相变研究进展

第17卷第1期2011年2月上海大学学报(自然科学版)J OURNAL OF S HANG HA I UN I VERS I TY (NATURAL SC I ENCE)Vo.l 17No .1Feb .2011doi:10.3969/.j issn .1007 2861.2011.01.004 综述收稿日期:2010 11 12基金项目:国家自然科学基金资助项目(50911130365,50701031);长江学者创新团队资助项目(I RT0739);国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51001068);上海市科委基金资助项目(0951*******,08D J 1400404,08DZ1130100)通信作者:任忠鸣(1958~),男,教授,博士生导师,研究方向为材料电磁加工.E m ai:l z m ren @staf.f s .cn强磁场下相变研究进展李传军, 任忠鸣(上海大学上海市现代冶金与材料制备重点实验室,上海200072)摘要:磁场作为一种调控材料组织结构的新方法已经引起了人们广泛的关注.相变过程能够决定材料的结构和性能,大量的研究结果表明,磁场能够改变相变热力学和动力学条件,从而改善或改变材料的微观组织、形貌、成分分布以及性能特征.评论了磁场下相变研究状况,介绍了磁场下测量材料相变的一些常用方法,重点描述了磁场对铁磁性合金结构相变和扩散型相变热力学和动力学的影响,讨论了磁场在热处理过程、晶界工程等方面的一些研究状况,分析了磁场对非磁性物质相变过程、组织形貌的影响.关键词:磁场;相变;热力学;动力学中图分类号:TG 146.2 文献标志码:A 文章编号:1007 2861(2011)01 0021 14Progress i n the R esearch of Phase T ransform ations i n H i gh M agneti c F iel dLI Chuan j u n , REN Zhong m i n g(Shangha iK ey Laboratory o fM ode rn M eta ll urgy &M a terials P rocessi ng,Shangha iU n i ve rs i ty ,Shangha i 200072,Ch i na)Abst ract :Processing o f m ateri a ls i n a high m agnetic field has received m uch a ttention over the past decades .Phase transfor m ations have a dec isive effect on str uctures and pr operties of m ateria ls .M any stud ies have ind icated that a m agnetic fi e l d can change ther m odyna m i c s and k i n etics o f phase transfor m ations and furt h er m odif y m icrostructures ,m orpho log ies ,co m positions and perfor m ance .The article rev ie w s develop m ent o f phase transfor m ations in a h i g h m agnetic field .M ethods used to detect phase transfor m ati o ns are briefl y descri b ed .The e ffect o f a m agnetic fi e l d on ther m odyna m ics and kineti c s of phase transfo r m ations i n ferrous m agne tic all o ys is described .In additi o n ,the ther m al trea t m ent and grain boundary eng i n eeri n g i n a m agnetic fie l d are d i s cussed .Studies on phase transfor m ati o ns and structura lm o r pholog ies o f non m agnetic m aterials i n a m agnetic field are surveyed .K ey w ords :m agnetic field ;phase transfor m ati o n ;ther m odyna m ics ;kinetics 材料电磁制备是指在材料制备过程中施加电场、磁场或电磁场以控制材料的组织结构,从而改善其最终性能的技术.在经历了近一个世纪的发展后,材料电磁制备技术已经发展成为一门涵盖磁流体力学、冶金工程、材料科学等基础学科的综合交叉学科.现今,这个领域内的许多技术已经广泛应用于科学研究和工业生产中,如感应熔炼和电磁连铸技术.在日益发展壮大的材料电磁制备领域,强磁场在材上海大学学报(自然科学版)第17卷料制备中的应用也已成为材料研究的新热点.相变是两相或多相之间的转变过程,它在材料制备过程中起着极其重要的作用.人们已经尝试利用多种调控手段来控制相变过程,以获得较好的组织结构,而磁场就是其中一种优越便利的工具.在室温下,物质的磁能通常远小于热能.在很长一段时间内,人们普遍认为磁场不会影响化学平衡和相变过程.但是,随着磁体技术的发展,商业超导磁体已经能够在较大的空间里轻易获得10T 量级的磁场,这为磁场下的相变研究提供了便利条件.在1T 磁场以下不能观察到的现象,如今在10T 以上已经很容易观察到,特别是涉及到铁磁性物质的相变.磁场和温度、压力等热力学参数一样,对物质相变的平衡条件会产生重要的影响,足够大的磁场强度能够改变相变的热力学及动力学条件,如相变温度、相变速率等.因此,磁场对相变的影响在最近几十年一直是研究的热点.众所周知,任何物质都有磁性,磁场与磁性的相互作用会产生各种各样的效应,如磁热效应[1]、磁致伸缩效应[2]、磁悬浮[3]、磁取向[4]等.当磁场强度达到一定的程度时,这些效应就会凸显出来并影响材料的相变进程,从而改变最终的相分数、组织结构、力学性能等.研究磁场下的相变对指导磁场下的材料制备无疑具有重要的意义.幸运的是,在过去的半个多世纪里,磁场下的相变研究已经取得了许多喜人的发现和成果.本文评述了磁场下相变的研究状况,首先简要地介绍了测量磁场下相变的一些方法,然后描述了磁场对磁性和非磁性物质相变的影响,主要包括相变温度、相变的热力学条件、组织结构的变化等.1 研究方法相变可以分为一级相变和二级相变,本文主要探讨磁场对一级相变的影响.由于一级相变过程伴随着熵及体积的不连续变化,因此,相变时会产生相变潜热.此外,在相变过程中磁化率将发生突变,物质在梯度磁场中受到的磁力也会发生相应的突变.根据这些原理,测定磁场下的相变已经衍生出了许多不同的方法.1.1 直接测温法直接测温法是利用热电偶记录试样在匀速升温或降温过程中的温度曲线.当有相变发生时,温度曲线偏离原来的线性关系;当相变结束时,温度曲线又恢复成线性.图1为纯铁在不同磁场下典型的加热冷却曲线.一般定义偏离直线时的起始点为相变的开始,通过比较起始点的差异获得磁场对相变点的影响.在早期的研究中,由于技术条件的限制,直接测温法因简单实用而被普遍采用.但是,这种方法一般是将热电偶与试样直接接触,对热电偶和试样都会产生不同程度的污染.并且在很多情况下,温度曲线上的相变起始点不明显,由此获得的结果误差较大.在精密的测量实验中,几乎已经不再采用这种方法.图1 纯铁在0~30T 磁场强度下典型的加热冷却曲线[5]Fig .1 H eating and cooli ng curves of pure Fe in variousm agne tic fie l ds fro m 0to 30T [5]1.2 热分析法热分析法是一种广泛用于检测相变的方法,它同样可以应用于磁场下相变的测定.在物理领域,虽然一些仪器(如综合物性测试系统physics pr operty m easure m en t syste m ,PP M S)能够测定物质在磁场下低温范围的一些相变参数,如比热、熔点,但在室温乃至高温范围仍然缺少磁场下可用的热分析仪器.因此,人们一直在努力尝试将热分析法应用到强磁场下.M urgas 等[6]应用差热分析法研究了纯铁在磁场下的相变动力学,实验观察到磁场能够影响相变温度及相变动力学.Aw aji 等[7]利用温差分析装置,研究了超导材料的熔化生长过程.L i 等[8]根据差热分析的基本原理,设计了适合强磁体的差热分析装置,该装置已经成功用于测定磁场下金属体系的熔化、凝固过程.如果说差热分析法可以定性或半定量地研究磁场下的相变,那么差示扫描量热仪则能精确地测定相变的参数.Inaba 等[9]和H osaka 等[10]设计了一种强磁场下的高精度、高灵敏的差示扫描量热仪,并且已经成功地测定了多种低熔点物质在磁场下的相变.目前,虽然应用磁场下的热分析仪器已经取得了一些研究成果,但是,随着磁场下材料制备技术的发展,开发出精密的热分析仪器已经成为当22第1期李传军,等:强磁场下相变研究进展前一个重要的研究课题.1.3 电阻法电阻法是利用两相不同的电阻率来判定相变是否发生的一种方法.一般要求将试样加工成条形或矩形,然后采用四探针法测定试样在不同条件下电阻率随温度的变化.图2所示为采用电阻法测量Fe 20%Co 合金在不同磁场强度下升温和降温过程获得的电阻率 温度曲线.从图中可以看出,这种方法能够较好地测量合金的相变温度.图2 Fe 20%Co 合金在 和 相变温度附近电阻率随温度的变化[11]F i g .2 T e mp eratu re dependence of electrical resistivitynear th e and transfor m ati on te m peratures of Fe 20%Co alloy und er variou s m agnetic f i e l d s [11]1.4 热膨胀法R i v o irar d 等[12]根据热膨胀原理,提出了一种新的测量磁场下固态相变的实验方法,它可以用来实时监控固态相变的进行过程.试样因相变引起体积膨胀或收缩所产生的位移可用激光干涉仪检测,其位移分辨精度可以达到0.1 m.图3显示了一次完整热处理过程试样的膨胀量随温度的变化曲线.可以看出,热膨胀法可以很好地测定磁场下相变的发生.1.5 受力法当物质发生相变时,母相和产物相的磁化率一般会发生变化.物质在梯度磁场下受到的磁力也会发生改变,因此,通过测量物质的磁化率以及磁力的变化也可以检测相变是否发生.物质磁化率的测量有多种方法,如Gouy 法和Faraday 法利用磁化率的变化侦测磁场对相变的影响.此外,振动试样磁强图3 磁场强度为7T 时纯铁的膨胀量随温度的变化[12]Fig .3 D il atati on m easure m en t of iron as a function oftemperature i n 7[12]计、超导量子干涉仪也可以测量磁化率的变化.A sa i 等采用Gouy 法,测量了非磁性物质磁化率的变化,并以此定量计算了熔化及凝固过程的固相分数[13].Gaucherand 等[14 15]利用Faraday 法,设计了强磁场下测量合金在高温下的磁化率的装置,通过磁化率的变化很容易观察到合金的居里温度、熔化及凝固过程的变化.Ren 等[16]利用Faraday 法,成功地观察到磁场对B i M n 合金包晶相变温度的变化.1.6 其他测量磁场下物质相变的方法除了以上几种测量相变的方法外,为了更全面地研究相变的机理,有研究者还设计出一些辅助的方法检测相变过程.例如,在研究磁场对马氏体转变速率的影响时,常常采用Gren i n ger Tro iano 法[17].这种方法可以直接从金相组织上计算出马氏体的质量分数,从而判断马氏体的相变速率.Rosenb l a tt[18]利用光学法,精确地测定了液晶中向列相 同性相的相变温度随强磁场强度的变化.这种方法采用热敏电阻测量试样的温度,同时利用向列相与同性相对光线的折射差异判定相变的发生.以上各种测量磁场下相变的方法各有优势,一般而言,要准确地判定磁场下的相变过程需要结合多种测量方法.相比而言,热分析法是一种极具吸引力的方法,因为它可以精确地获得磁场下相变的热力学和动力学参数.而且,如果附加冷却装置则可以实现试样淬火,那么通过如扫描电子显微镜和透射电镜的后续观察,就可以实现原位观察某一温度下磁场对相分布、形貌、结构等方面的影响.当然,随着科学技术的发展,各种更为先进的检测手段正尝试用于磁场下的相变研究,这对于更深入地理解磁场下的相变规律无疑起着极大的推动作用.23上海大学学报(自然科学版)第17卷2 磁场对不同磁性物质相变的影响物质按磁性可分为铁磁性、顺磁性和抗磁性物质.磁场对不同磁性物质相变过程的影响很大程度上取决于磁化强度.一般而言,低强度的磁场就能够影响铁磁性物质的相变温度、相变速率以及组织结构.而对于顺磁性或抗磁性物质,磁场对热力学参数的影响相对较弱.但是在强磁场条件下,非磁性物质的相变参数会发生可测量的变化,组织结构也会发生明显改变.2.1 磁场对铁磁性物质相变过程的影响1881年,W ar burg [19]观察到将铁块放入磁场中时温度会升高,将铁块从磁场中移开时温度会降低,这就是现在熟知的磁热效应.1918年,W e iss 等[20]从理论上解释了磁热效应.虽然这些研究还没有涉及磁场对相变的影响,但是可以看到磁场能够明显影响铁磁性物质的热效应.众所周知,磁场与铁磁性相中的原子磁矩相互作用产生的磁能与热能在同一数量级.例如,对于体心立方的纯铁,原子平均磁矩为2.22 B ,其中 B 为Bohr 磁子,它与1T 磁场相互作用产生的磁能相当于1.49K 的热能.此外,铁磁性合金的相变涵盖了回复、再结晶、析出、有序化、Spinodal 分解、铁素体、珠光体、马氏体、贝氏体相变等多种转变过程,这些转变都有可能受到磁场的影响,因此,铁磁性合金成为磁场下研究相变的理想对象.相变按原子扩散可分为扩散型相变和无扩散型相变,以下分别介绍磁场对铁磁性合金中各类相变的影响.2.1.1 磁场对无扩散型相变的影响马氏体相变是典型的无扩散型相变,它定义为替换原子经无扩散切变位移并由此产生形状改变和表面浮突,呈不变平面应变特征的一级、形核、长大型的相变[21].由于结构相变涉及到原子的协同运动,因此,会明显受到外力的影响,如流体静压力和磁场等.最早有关磁场对马氏体相变影响的研究可以追溯到1929年,H erbert [22]发现钢在磁场下淬火后的硬度大于无磁场下的硬度.但是,这一现象当时并没有得到合理的解释.从20世纪60年代起,有关磁场对马氏体相变影响的研究日渐活跃,大量的文献报道了磁场对不同合金体系的马氏体起始相变温度、相变速率等方面的影响[23 26].Sadovsky 等首先从理论上分析了磁场对马氏体相变的影响机制[27],认为磁场的影响源于Zee m an 能,并提出了通过以下公式来估算马氏体起始相变温度M s 随临界磁场H c 的变化:M s =- M (M s )H c T 0Q,(1)式中, M s (M s )=M(M s )-M(M s ),M,M分别为奥氏体和马氏体在转变温度M s ,M s 下的自发磁化强度,T 0为两相平衡温度,Q 为相变潜热.Satyanarayan 等[23]通过式(1)进一步证实了磁场能够提高马氏体起始相变温度.马氏体起始相变温度变化的计算原理可以用图4表示.图中,G 为吉布斯自由能,T 为温度,下标p ,m 分别表示母相、产物相,H 为磁场,T 0表示无磁场时母相和产物相自由能相等, G 为马氏体相变驱动力.施加磁场后,铁磁性产物相自由能减少,如图4中虚线所示,但是顺磁性相的自由能变化很小,可以忽略.因此,从图4中可以明显看出,马氏体相变起始温度在磁场下升高.图4 有无磁场时自由能随温度的变化关系示意图[28]Fig .4 Sche m atic d i agra m of G ibbs free energy var i ati onw ith a m agn etic fie l d and te mp eratu re [28]但是后来的很多研究工作表明,式(1)给出某些合金体系的M s 理论值与实验测量结果存在较大偏差,这说明除了磁场影响马氏体相变温度以外,还有其他一些因素需要考虑.Sh i m izu 等[27]在综合考察了研究体系的晶界、膨胀特性、有序度、奥氏体的磁性、热弹性等因素后,提出了一个新的关于马氏体起始相变温度的变化与临界磁场关系的公式.在这个公式中,主要考虑了3个因素,即奥氏体和马氏体的吉布斯自由能随温度变化的一种更精确的关系、奥氏体的磁化率、磁致伸缩诱发的磁能.类比Pate l 等[29]用于解释静压力下马氏体起始温度变化的理论,磁场下 M s 和H c 的关系可以表24第1期李传军,等:强磁场下相变研究进展 示为G(M s)- G(M s)=- M(M s)H c-12(M s)H2c,(2)式中, G(M s)=G (M s)-G (M s),G ,G 分别为奥氏体和马氏体在温度M s下的吉布斯自由能, 为奥氏体的磁化率.在非因瓦合金体系中,式(2)的预测结果与实验结果吻合得很好,但所有因瓦合金体系中的测量结果与预测结果均不一致.因此,在进一步考虑合金的膨胀特性后, M s和H c的关系最终可以表示为磁致伸缩诱发的磁能、塞曼能、强磁场磁化率效应之和,即G(M s)- G(M s)=- M(M s)H c-12(M s)H2c+ 0H c H,(3)式中,H为磁场诱发的体积变化率, 为体弹性模量, 0为与马氏体相变相关的体积变化.采用式(3)计算Fe N,i Fe Pt两种因瓦合金中的 M s和H c的理论关系曲线,结果与实验测量结果较吻合(见图5).图6为一种顺磁性Fe M n C合金中 M s和H c的计算值和实验值比较.可以看出,式(3)也能够较好地预测马氏体起始相变温度随磁场的变化.因此,式(3)较好地说明了磁场对马氏体起始相变温度的影响.图5 Fe N,i Fe Pt因瓦合金中 Ms 和Hc的计算值和实验值比较[30]F i g.5 Co mp ar ison between calcu lated and m easuredMs vs.Hc,re l ation s for Invar Fe N i and Fe Ptalloys[30]磁场除了能够提升马氏体起始转变温度外,也能够影响马氏体相变速率.Peters等[25]在研究磁场下Fe N i M n合金马氏体相变时发现,若磁场增加了图6 顺磁性Fe M n C合金中 Ms和Hc的计算值和实验值比较[30]Fig.6 Co mparison b et w een calcu l ated and m easuredMsvs.Hc,re l ations for Fe M n C all oys[30]相变速率,则在-60 的反应温度下,2T磁场甚至将反应速率提升了3倍.图7为施加磁场前后相变速率比值与磁场强度的关系.从图中可以看出,磁场增大了马氏体的相变速率(f).Peters等进一步从理论上推导得出相变速率与磁场的关系为lnfHf=4 10-2 r2eAI s HRT.(4) 式(4)预测得出,有无磁场时相变速率比值的对数与磁场呈线性关系,这与实验结果吻合较好(见图7).图7 -60 反应温度下,不同磁场强度对Fe 26%N i 2%M n合金等温相变动力学的影响[25]Fig.7 E ffect of m agne tic f iel d s of d ifferen t strengths on the isoth er m al k inetics of a Fe 26%N i 2%M nall oy at-60 [25]Kakesh ita等[31]在研究磁场对Fe N i M n合金的变温和等温马氏体相变的影响时发现,磁场能够使等温马氏体相变转变为变温马氏体相变.基于磁场下马氏体相变的研究结果,K akeshita等[32]提出了一个唯象理论以解释这些现象.这个唯象理论的中心25上海大学学报(自然科学版)第17卷思想是,马氏体相变通过热激活过程或者几率过程发生.因此,马氏体相变起始温度M s 可以解释为粒子跨越势垒的转变概率在温度M s 下极高.在这个理论模型中,马氏体相变发生的概率P 可以表示为P =N m ( n n *)mn ( n *)f (N,M,n,n *)(P e )m(1-P e )N -m,(5)式中,P e =P 0exp (- /k B T )表示从奥氏体转变为马氏体的概率.根据唯象理论,Kakeshita 等预测磁场降低了 时间 温度 转变量 (ti m e te m perature transfor m ation ,TTT)等温曲线的鼻尖温度,且增加了孕育时间.图8为不同磁场下Fe N i M n 合金等温马氏体转变的TTT 图,反映了式(5)的理论值与实验结果的比较.显然,这个理论较好地解释了磁场下等温及变温马氏体相变的动力学过程.图8 Fe 24.9%N i 3.9%M n 合金在不同磁场下等温马氏体转变的TTT 图[30]F i g .8 TTT d iagra m s of th e isother m al m ar tensitictransfor m ati on in an Fe 24.9%N i 3.9%M n alloy i n static m agn etic fie l d s[30]最近,磁场对铁磁性N i M n G a 形状记忆合金马氏体相变的影响成为了新的研究热点之一.这种合金体系的相变存在多步相变,且相变的顺序依赖于合金成分:P I 10M,P 14M 2M,P 2M,其中I 为中间相,10M,14M,2M 分别为具有五层、七层结构和非调制结构的马氏体[33 34].一些研究表明,P 2M 相变温度随磁场强度的增大而升高[35 36].但是,不同的研究者获得的磁场对相变温度的影响程度是不同的.例如,D i k shtei n 等[37]研究N i M n Ga 合金马氏体相变时发现,在0.2~1.0T 的磁场范围内,相变温度与磁场呈线性关系,温度系数为0.015K /T .Jeong 等[38]发现在N i 19.5%M n 27.0%Ga 合金中,马氏体相变温度随磁场的变化约为6 /T.K i m 等[39]则系统地研究了P I 10M,P 14M 2M,P 2M 各种相变的相变温度在磁场下的变化.结果发现:对于I 10M,P 14M 相变,相变温度在低磁场下随磁场降低,在强磁场下随磁场升高;对于P 2M 相变,平衡相变温度随磁场单调升高;P I 相变温度并不随磁场变化.以上有关N i M n Ga 形状记忆合金中发生一级相变时平衡相变温度随磁场的变化关系可以用C lausius C lapeyron 方程描述:d T 0d H =- MS ,(6)式中, M =M L -M H 为低温相(M L )和高温相(M H)磁化强度之差, S 为两相的熵之差.事实上,磁场除了对马氏体相变会产生明显的影响外,也能够影响其他的一些结构相变.Ga l k i n 等[24]发现磁场能够影响M nA s 的B31和B8I 之间的压力感应相变,施加10T 磁场能引起B31和B8I 相之间稳定压力的突变.T i n g 等[40]从理论上预测了强磁场对四方V 2S i 相的影响.在17.4K 以下,施加某些强度的磁场能够产生不连续结构相变,这种相变表现为晶格常数比值从c /a >1变为c /a <1.此外,T i n g 等[41]也观测到了四方V 3S i 系列化合物在磁场下存在同样类型的相变.Lin 等[42]研究了磁场对M nZn 铁素体中Zr O 2粒子相变的影响,发现尺寸在1.5~2.5m 之间的四方Zr O 2粒子在临界磁场下(4~6T 之间)会转变成单斜Zr O 2粒子,这种结构转变是由于铁素体基体在磁场作用下的磁致伸缩产生的应力造成的.2.1.2 磁场对扩散型相变的影响与结构相变不同的是,扩散型相变必须依赖于原子的扩散以形成新相.磁场对扩散型固态相变也会产生显著的影响.Peters 等[43]最先开始关注磁场对扩散型相变的影响.他们从实验中观察到,在Fe C o 合金中面心立方 体心立方(face centered cubic body centered cub ic ,FCC BCC)相变存在以下特征: 在磁场下两种相变过程 和 中的相变温度都向高温方向偏移; 相变速率在磁场下增大, 相变速率在磁场下减小.Fukuda 等[11,44]研究了磁场对不同成分Fe Co 合金 相变温度的影响.结果显示, 和 相变的起始温度均随磁场升高.Fe 20%Co ,Fe 30%Co 两种合金的平衡相变温度几乎与磁场成正比,而Fe 10%Co 合金的相变温度与磁场的平方成正比,如图9所示.H ao 等[5]也观测到在Fe 25%Co 合金中,相变温度与磁场呈线性关系.26第1期李传军,等:强磁场下相变研究进展图9 相变温度随磁场的变化[44]F i g .9 D ep endence of transiti on te mp eratu re ofon a m agne tic fie l d [44]Joo 等[45]应用分子场理论计算了奥氏体、铁素体、渗碳体的磁吉布斯自由能,研究了磁场下FeFe 3C 相图的变化,发现磁场使A c1和A c3温度升高,但是A c m 温度几乎不随磁场变化.Cho i 等[46]从热力学角度分析了强磁场对纯铁以及Fe C 相图的影响,如图10和图11所示.图中可见,外加磁场增加了共析点的碳质量分数以及平衡相变温度(A e1,A e3).同时Cho i 等也观察到了铁素体硬度的增大,这表明磁场使碳在铁素体中的固溶度增大.图10 不同磁场下相对自发磁化强度随相对温度的变化[46]F i g .10 E ffect of m agnetic field on the calcu l atedvar i ati on of re l ative spon taneou smag n eti zati on of pure iron with re l ati ve te mperature[46]Eno m oto 等[47]研究了Fe C 基亚共析铁素体相变动力学,在居里温度附近的强磁场(7.5T )加速了相变速率.金相观察显示,磁场不仅增加了铁素体的形核速率,也加速了其生长速率.Ludtka 等[48]原位观察到磁场强化了中碳钢相变动力学.在不同冷速下,施加30T 磁场均提升了奥氏体分解温度,如图12所示.微观组织显示,磁场使铁素体的质量分数明显增大,如图13所示.这些结果清楚地证实了磁场可改变相变的热力学条件,进而改变相变动力学以及最终的微观组织.此外,Jara m ill o 等[49]在另外两种贝氏图11 基于分子场理论计算得出的磁场下的Fe C 二元相图[46]Fig .11 E ffec t of m agnetic field on the calculated Fe Cb inary phase diagra m based on the m olecular fie l d theory [46]体钢中也观察到磁场加速了奥氏体的转变速率,即加速了珠光体的形成,提升了马氏体的形成温度.图12 磁场强度为30T 和无磁场条件下,不同冷速时的冷却曲线[48]Fig .12 Coo li n g curves for var i ou s cooli ng rates w ithand w ithout a 30T magne tic field [48]Ohtsuka [50 51]研究了磁场对贝氏体相变温度、相变行为以及组织结构的影响,发现磁场提高了贝氏体相变温度,加速了转变速率、使贝氏体的体积分数变大,但是,没观测到磁场对组织结构的影响.在研究Fe 3.6%N i 1.5%C r 0.5%C 合金的贝氏体相变时,Ohtsuka 发现,10T 磁场使贝氏体相变温度升高了40 ,明显大于纯铁中铁素体的相变温度(9 )、合金中珠光体的相变温度(15 )以及板条状马氏体的相变温度(20 ),而且在360 时,磁场加速了贝氏体等温转变动力学.磁场改变相变热力学和动力学条件,必然会导致最终组织结构以及力学性能发生变化.研究表明,磁场不但改变了热处理过程的微观组织,也能够改变析出物的状态.Faillace 等[52]将磁场应用到Fe C r合金的时效过程时发现,磁场使合金的硬度增加.当C r 质量分数较高时,这种影响更加明显.Sh i m oto m a i 等[53 54]发现,在铁素体向奥氏体转变过程中施加磁场能够获得取向的链状或柱状组织(见图14),27。