簡(jiǎn)介

電脈沖改性（ECP）作為一種清潔、有效且成本低廉的新方法，逐漸引起材料工作者的重視，并被國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者應(yīng)用到金屬微觀組織的改善上。在ECP 對(duì)鐵基合金改性的研究中，對(duì)T8鋼進(jìn)行ECP 處理后發(fā)現(xiàn)晶粒明顯細(xì)化，枝晶發(fā)達(dá)程度明顯減小，且組織中珠光體形態(tài)發(fā)生顯著變化，片層間距縮短。在FeCrNi合金中發(fā)現(xiàn)了經(jīng)ECP處理后合金的晶粒尺寸細(xì)化，同時(shí)改變了凝固組織中奧氏體相和鐵素體相的相對(duì)含量。

對(duì)奧氏體不銹鋼經(jīng)ECP處理后發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼凝固組織被細(xì)化，奧氏體一次枝晶長(zhǎng)度明顯縮短，二次枝晶間距也有所減小。在凝固前對(duì)45#鋼進(jìn)行ECP處理后發(fā)現(xiàn)等軸晶數(shù)量增加，柱狀晶數(shù)量減少，魏氏組織減少，使珠光體片層間距減小；同時(shí)改善了鋼的成分偏析。

然而，在以前的研究中，由于試驗(yàn)所選的材料合金元素復(fù)雜，物相組成多，增加了分析ECP改性機(jī)理的難度，導(dǎo)致有關(guān)ECP 處理對(duì)鐵基合金微觀組織的影響機(jī)理仍不清楚，這妨礙了ECP處理技術(shù)作為一種新型的加工技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用。

電脈沖對(duì)亞共晶鐵碳合金共析組織的影響

隨著電流密度的升高，運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的數(shù)量有著顯著地單調(diào)性，即隨著電流密度的增大，運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的數(shù)量必然也隨之增加。由于滲碳體的強(qiáng)度大于奧氏體，當(dāng)位錯(cuò)滑移到滲碳體附近時(shí)會(huì)被滲碳體阻礙。根據(jù)位錯(cuò)理論，位錯(cuò)的攀移要大大難于位錯(cuò)的滑移，所以位錯(cuò)的攀移速度遠(yuǎn)小于位錯(cuò)在滲碳體周圍堆積的速度，因此在滲碳體周圍會(huì)產(chǎn)生大量的位錯(cuò)堆積現(xiàn)象。位錯(cuò)的堆積引起了高強(qiáng)度的應(yīng)力集中，增加了滲碳體的界面能，增加界面能正比于圍繞在滲碳體周圍的位錯(cuò)數(shù)量。而根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)亞共晶鐵碳合金經(jīng)過ECP處理時(shí)會(huì)不可避免的產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)和脈沖電流的相互作用在試樣中產(chǎn)生洛倫茲力。洛倫茲力的作用同樣使?jié)B碳體的界面能增加。滲碳體是亞穩(wěn)相，它的穩(wěn)定性隨著界面能的升高而降低。在位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中和洛倫茲力的共同作用下，使?jié)B碳體的界面能增加，促使?jié)B碳體分解。

隨著原子的擴(kuò)散能力增加和相變勢(shì)壘的減小，擴(kuò)散激活能隨之減小，使石墨的形核孕育期縮短。而滲碳體周圍的位錯(cuò)塞積處增加的形核位置同時(shí)可容納石墨生成時(shí)所伴隨的體積膨脹，也避免了形核時(shí)因畸變能引起的大的勢(shì)壘，并且充分利用已經(jīng)存在的界面能，降低了石墨形核所需的相變驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，石墨在位錯(cuò)塞積處形核無需其它置換性原子擴(kuò)散開去騰出空間，同樣有利于石墨的形核。

對(duì)亞共晶鐵碳合金進(jìn)行ECP處理

石墨數(shù)量的增加使奧氏體在冷卻過程中碳原子向石墨擴(kuò)散的距離相應(yīng)縮短，且石墨的生成造成γ/C界面周圍出現(xiàn)貧碳區(qū)，鐵素體開始在貧碳的γ/C 界面生成，增加了鐵素體的形核率。ECP處理使?jié)B碳體周圍產(chǎn)生的位錯(cuò)堆積為碳原子在鐵素體中的擴(kuò)散提供了快速通道，而焦耳熱效應(yīng)又提高了原子的擴(kuò)散能力，這些均有利于形成更多的鐵素體，提高鐵素體的長(zhǎng)大速率。由于ECP處理使鐵素體的形核率和長(zhǎng)大速率都增加，所以組織中鐵素體的量增加。當(dāng)溫度降到共析轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，由于石墨的大量生成，使原奧氏體區(qū)成為貧碳區(qū)，沒有足夠的碳濃度形成鐵素體混合滲碳體的珠光體組織，奧氏體大部分直接同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變成了鐵素體。所以亞共晶鐵碳合金經(jīng)ECP處理后，組織中鐵素體的相對(duì)含量增加，珠光體的相對(duì)含量相應(yīng)降低。

考慮到ECP處理產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)、電子風(fēng)力大小、洛倫茲力的大小和相變勢(shì)壘均與ECP處理的電流密度有關(guān)，而ECP的電流密度又與其輸出電壓成正比。隨著輸出電壓的升高，對(duì)亞共晶鐵碳合金進(jìn)行ECP處理的效果越明顯。

總結(jié)

1.對(duì)亞共晶鐵碳合金施加ECP 處理使組織中低溫萊氏體減少，促進(jìn)石墨的生成。隨著ECP 輸出電壓的增加，低溫萊氏體的數(shù)量進(jìn)一步減少，而石墨的數(shù)量呈相反的變化趨勢(shì)，且石墨的尺寸變得粗大；

2.ECP 處理增加了鐵素體的形核率和長(zhǎng)大速率，使組織中鐵素體含量增加，珠光體含量降低。