[发明专利]一种磁场调控灰铸铁凝固组织定向排列的方法

说明书

本发明提供了一种磁场调控灰铸铁凝固组织定向排列的方法，涉及金属材料组织调控技术领域。本发明基于磁场作用下石墨和铁素体的磁晶各向异性，以及铁素体内磁偶极子的相互作用，从而改变灰铸铁的定向凝固组织。石墨的磁晶各向异性与片状石墨生长特性的耦合作用，施加磁场诱导片状石墨平行于磁场方向规则排列。磁场作用下，铁素体内磁偶极子的相互作用和铁素体磁晶各向异性导致共析铁素体由无磁场作用时杂乱分布的等轴状转变为平行于磁场方向排列的细长晶粒，并且平行于磁场方向的001织构组分增强。本发明实现了灰铸铁定向凝固组织调控，解决了其他方法无法实现灰铸铁凝固组织定向排列的问题。

技术领域

本发明涉及金属材料组织调控技术领域，尤其涉及一种磁场调控灰铸铁凝固组织定向排列的方法。

背景技术

钢和铸铁统称为Fe-C合金，作为一种重要的工程结构材料，每年消耗量巨大，在现代工业中具有不可替代的作用。众所周知，通过调控微观组织的形貌、转变量以及尺寸分布等因素，可以有效改善合金的力学性能。此外，Fe呈现的同素异构转变，以及形成碳化物的能力，为Fe-C合金的固态相变提供了丰富的微观组织。特别是，FCC-奥氏体(γ)转变为BCC-铁素体(α)的过程引起研究人员的广泛关注，原因在于它是发生在低温下其他相变(如贝氏体相变和马氏体相变)的基础。奥氏体向铁素体转变是控制最终微观组织的主要问题之一，因而实现该过程微观组织调控至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凝固组织定向排列的灰铸铁及磁场下灰铸铁凝固组织定向排列的方法，本发明提供的灰铸铁凝固组织定向排列，为高性能灰铸铁制备技术的开发提供了一种新路径。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种磁场调控灰铸铁凝固组织定向排列的方法，包括以下步骤：

将定向凝固设备置于磁体中，确保凝固样品的固-液界面位于稳恒磁场的中心区域且磁场方向平行于凝固方向；将灰铸铁样品置于所述定向凝固设备中依次进行熔化和定向凝固；所述熔化和定向凝固均在施加磁场条件下进行；所述定向凝固的生长速度为0.5～3μm/s；磁场强度在12T以下。

优选的，所述灰铸铁样品为直径3mm、高120mm的圆柱形试样棒。

优选的，所述磁场的强度为4～12T。

优选的，所述磁场的强度为4T、8T或12T。

优选的，所述生长速度为0.5μm/s、1μm/s、2μm/s或3μm/s。

优选的，所述熔化的温度为1450℃以上，保温时间为30～60min。

本发明提供了一种凝固组织定向排列的灰铸铁，利用上述方案所述的方法得到，包括共析铁素体和片状石墨；所述片状石墨平行磁场方向排列；所述共析铁素体的晶粒平行磁场方向呈细长状分布，且平行于磁场方向的001织构组分增强。

本发明提供了一种磁场调控灰铸铁凝固组织定向排列的方法，包括以下步骤：将定向凝固设备置于磁体中，确保凝固样品的固-液界面位于稳恒磁场的中心区域；将灰铸铁样品置于所述定向凝固设备中依次进行熔化和定向凝固；所述熔化和定向凝固均在施加磁场条件下进行；所述定向凝固的生长速度为0.5～3μm/s；磁场强度在12T以下。