第十章 应力场及强磁场作用下的固态相变

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1、第十章磁场及应力场作用下的固态相变内容大纲稳恒磁场在材料固态相变中的应用优势磁场对固态相变中相稳定性的影响磁场对固态相变中生成相形貌的影响磁场对相转变晶粒细化的影响形变热处理课后习题预备知识-磁性基本公式及概率预备知识-材料的磁性抗磁性抗磁性物质的磁化强度M与磁场强度H方向相反。物质受外磁场作用时呈现微弱的磁性,且其磁化强顺磁性顺磁性度M方向与磁场强度H方向相同的性质。有些材料如铁在外部磁场作用下获得磁性后，外铁磁性铁磁性部磁场消失后依然保持其磁性的现象。磁化率几乎为零。反铁磁性反铁磁性预备知识-磁性的本质物质的磁性微观上就来源于电子的运动。电子绕原子核运动，产生电子轨道磁矩；电子本身自旋

2、，产生电子自旋磁矩。物质的原子磁矩等于核外所有电子的自旋磁矩和轨道磁矩之和。环形电流产生磁矩电子运动产生磁矩预备知识-磁性的本质抗磁性物质的原子磁矩为零。顺磁性物质存在永久磁矩。在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规则的热运动，所以宏观上看，不显示磁性；在外加磁场作用下，每个原子的磁矩比较规则的取向，物质就表现出了微弱的磁性。物质微观上磁矩的数量决定了其宏观的磁化强度。铁磁性物质的磁性除与原子磁矩有关外，还与晶体结构有关，即存在“交换作用”。预备知识-各向异性磁各向异性(MagneticAnisotropy):磁性物质沿不同方向磁化的程度不同称磁各向异性。由于磁各向异性的影响，磁性体在某

3、一方向具有较强的磁化强度而在另一方向则磁化强度很小。自然界中某些沉积、变质岩由于在沉积或变质过程中磁性颗粒的形状、结构，当时地磁场的方向及沉积后压力等作用的影响，常使沿层理方向的磁化强度J=大于垂直层理方向的磁化强度J┴，J=>J┴。显示出磁各向异性。形状各向异性(ShapeAnisotropy)：当磁性体（颗粒）的形状为非球形时，由于沿各方向的退磁因子不同，在相同的外磁场作用下沿不同方向磁化所产生的退磁场不相同，因而磁性体相应的退磁能和磁化曲线也就不一样，这种由形状而造成的磁各向异性称为磁形状各向异性。内容大纲预备知识稳恒磁场在材料固态相变中的应用优势磁场对固态相变中相稳定性的影响磁场对

4、固态相变中生成相形貌的影响磁场对相转变晶粒细化的影响形变热处理课后习题稳恒磁场在材料固态相变中的应用优势超导稳恒强磁场质量轻、费用低、以及易于在较11大空间内获得高场强、均匀场强、高梯度磁场不接触加工控制材料的微观组织，可应用于磁22性和非磁性材料在强磁场的作用下，通过对相变过程中材料的微33观组织、性能的影响，实现新材料制备与改性内容大纲预备知识稳恒磁场在材料固态相变中的应用优势磁场对固态相变中相稳定性的影响磁场对固态相变中生成相形貌的影响磁场对相转变晶粒细化的影响形变热处理课后习题磁场对固态相变中相稳定性的影响由于铁磁性材料和顺磁性材料及抗磁性材料在磁性能方面的巨大差异,强磁场对铁磁性

5、材料的磁化行为产生显著影响。对于相变过程,磁场直接改变系统Gibbs自由能。磁场对相变稳定性的影响主要体现在磁场使铁磁合金中马氏体转变开始点升高。铁基合金中具有bcc结构的铁磁相的磁化率远大于fcc结构顺磁相的磁化率，磁场会改变具有不同磁化率相的平衡温度，及fcc与bcc相的平衡温度在磁场中会升高。磁场磁场改变系统Gibbs自由能，引起相变。磁场对固态相变中相稳定性的影响γ(顺磁相)→α(铁磁相)无磁场:相变驱动力VGv有磁场:相变驱动力VVGG+vM相变被移向高温区域有无磁场条件下Fe-C相图的CCT曲线示意图Y.D.Zhang,C.Esling,J.S.Lecomte,C.S.He,X

6、.Zhao,L.Zuo,ActaMaterialia,2005,53,5213.磁场对固态相变中相稳定性的影响研究磁场对Fe-24.9Ni39Mn和Fe-24.9Ni-3.9Mn台金等温与不等温马氏体相变动力学的影响规律，发现较高的脉冲磁场使Fe24.9Ni39Mn马氏体生长加速，且使TTT曲线“鼻子”处的温度降．孕育期缩短。磁场对合金Fe-24.9Ni-39Mn马氏体转变TTT曲线的影响CCKoch.Experimentalevidenceformagneticorelectricfieldeffectsonphasetransformation.Mater.Sci.Eng.2000,2

7、87,213.磁场对固态相变中相稳定性的影响铁素体相变点随磁场密度升高明显，而且所得铁素体晶粒非常细小。日本大阪大学在20世纪80年代系统地研究了磁场对铁基台金马氏体相变的影响，发现当磁场达到40T时．马氏体相变点Ms上升约100K。从热力学角度，磁场降低马氏体的自由能，导致Ms点升高。恒磁场对低碳锰铌钢奥氏体向铁素体转变相变点的影响杨钢,冯光宏等.稳恒磁场对低碳锰铌钢γ->α转变的影响.钢铁研究学报.2000,12(5