论文摘要
本论文探索研究强静磁场（最大静磁场强度12T）与交变磁场（最大磁场强度0.8T）对AZ91镁合金热处理过程中所发生固态相变的影响及其作用机理,为将磁场应用于调控镁合金热处理组织性能提供理论依据及实践借鉴。基于金属电子论、等离子体物理及固态相变理论的分析表明,在非铁磁性镁合金材料的热处理过程中,强静磁场及交变磁场对系统发生固态相变时各相自由能变化的影响很小。另一方面,强静磁场减慢金属中的原子扩散,合金中所发生固态相变的反应速度减慢;交变磁场增强金属中的原子扩散,固态相变反应的速度趋于加快。静磁场下镁合金内常规晶界迁移驱动力引致的晶界迁移速度分量可表示为: Vc随静磁场强度（H）的增加而减小。六方晶体结构的镁合金内部晶界在静磁场下具有磁致晶界迁移驱动力,该驱动力下的磁致晶界迁移速度分量可表示为: VP随静磁场强度（H）的增加趋近于极大值:静磁场下晶界的实际迁移速度由Vc与VP两个分量组成。交变磁场下磁致晶界迁移驱动力对晶界迁移的影响小,但金属内原子扩散加快,晶界迁移速度较常规条件下的速度快。对磁场下镁合金非连续析出形核机制的讨论表明,随静磁场强度的增强,基于T-T类形核机制的非连续析出胞形核率减小。非连续析出胞在静磁场下以F-C类形核机制形成时,移动晶界克服晶界上析出物拖曳而弓出形成非连续析出胞的条件为:静磁场强度较弱时,合金中原子扩散减慢起主导作用,基于F-C类形核机制的非连续析出胞形核率减小。静磁场增强时,不同取向晶粒间的磁化功差（ ?F mag）增大,基于F-C类形核机制的非连续析出胞形核率回升。交变磁场磁场强度小,不同取向晶粒间的磁化能差小,但交变磁场下原子扩散及晶界迁移均加快,基于T-T机制及F-C机制的非连续析出胞形核率均增大。对Mg-Al二元扩散偶界面中间相层生长动力学的研究表明,静磁场、交变磁场下Mg-Al二元扩散偶在热处理后形成的界面中间相层结构与常规条件下形成的中间相层结构相同,均为Mg17Al12及Al3Mg2界面中间相层。不同热处理条件下界面中间相层的生长都符合抛物线规律。与常规条件下的情况相比,施加静磁场或交变磁场对界面中间相层的生长激活能影响小,但静磁场减小了界面中间相层的生长常数,使中间相层的生长速度减慢;变磁场下界面中间相层的生长常数增大,中间相层的生长加快。这证明强静磁场减慢Mg-Al二元扩散偶系统内原子的扩散,交变磁场则加快了系统内原子扩散。对静磁场及交变磁场下AZ91铸态组织固溶行为的研究表明,与常规条件下均匀化处理相比,静磁场下铸态组织中Mg17Al12初生第二相固溶速度减慢,且静磁场强度越强,溶解速度越慢;交变磁场则提高Mg17Al12初生第二相的固溶速度,固溶速度随交变磁场强度增强而加快。420℃均匀化处理24小时后,不同磁场条件下均匀化后组织内Mg17Al12初生第二相均固溶完毕。均匀化后晶界及晶内元素成分分析表明静磁场下晶界与晶内的铝溶质浓度差别较常规条件下均匀化后的浓度差别大,而交变磁场下晶界与晶内的铝溶质浓度差别则较常规条件下均匀化后的浓度差别小。对静磁场下均匀化处理过程中的晶粒长大行为的研究表明,静磁场下均匀化过程中组织内的晶粒长大速度较常规条件下慢,且晶粒尺寸均匀性更好。强静磁场下原子扩散减慢,初生Mg17Al12相溶解速度慢,对晶界迁移的拖曳作用强是该条件下晶粒长大得到控制的原因。强静磁场、交变磁场及常规条件下AZ91时效组织的研究表明,强静磁场及交变磁场下热处理后的时效组织与常规条件下的时效组织类似,均生成了Mg17Al12非连续析出胞。与常规条件下的情况相比,强静磁场下非连续析出胞形成速度减慢,而交变磁场下非连续析出胞的形成速度增加。静磁场下,析出胞内Mg17Al12析出片层间距较常规条件下的片层间距小,且间距均匀性更好,析出片层形貌更规则。对不同磁场条件下时效后生成非连续析出双胞的晶界数量与所有产生析出胞的晶界数量之比N2/（N1+N2）值的统计分析表明,强静磁场下N2/（N1+N2）值较常规条件下小,且该值随静磁场强度的增加而减小,说明静磁场对基于T-T机制的形核过程抑制作用比对基于F-C机制的形核过程抑制作用更强。交变磁场下N2/（N1+N2）与常规条件下该值的大小差别不大,且该值随交变磁场强度的增强无明显变化,说明交变磁场对基于T-T及F-C形核机制的形核过程影响差别不大。对AZ91时效组织的定量金相分析表明,与常规条件下的时效组织相比,静磁场下时效过程中非连续析出胞反应界面平均迁移速度及非连续析出胞形核率均减小。220℃下时效时,若静磁场强度小于7.5T,界面平均迁移速度及析出胞形核率随静磁场强度的增强而减小。静磁场强度超过7.5T后,两者数值随静磁场强度的增强回升。交变磁场下,非连续析出反应界面迁移平均速度及非连续析出形核率均较常规条件下大,且随交变磁场强度增强而增加。与常规条件下的情况相比,静磁场下160℃、190℃、220℃时效后组织内非连续析出最终转变率减小。220℃时效后,若静磁场强度小于7.5T,非连续析出最终转变率随静磁场强度增强而减小,静磁场对连续析出的竞争力提高有利;若静磁场强度超过7.5T,非连续析出最终转变率随静磁场强度的进一步增强回升,说明该静磁场强度范围内,静磁场强度的进一步增强有利于提高非连续析出的竞争力。交变磁场下,时效非连续析出最终转变率较常规条件下的最终转变率大,并随交变磁场强度增强而增加,交变磁场对提高非连续析出竞争力有利。磁场条件下与常规条件下AZ91的时效硬化曲线差别并不显著,但其变化趋势表明时效初始阶段常规条件下的时效硬度增加快,这一阶段,常规条件下非连续析出转变较快。随着时效时间延长,在本实验时间范围内,160℃下5T静磁场强度下可达到的时效硬度值最高,而220℃下7.5T静磁场强度下可达到的时效硬度值最高。交变磁场下时效时,交变磁场强度越大,初始阶段硬度值的增加越显著。随着时效时间延长,交变磁场强度越大,时效硬度值越小。