阅读说明：本技术 一种脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法 (Method for analyzing influence of pulsed magnetic field treatment on microstructure of metal part ) 是由 邢志国 王海斗 黄艳斐 郭伟玲 李琳 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法,改变磁处理的参数之一磁场强度,对脉冲磁场放电次数相同、试样尺寸相同的20Cr2Ni4A齿轮钢试样进行微观组织观察,分析不同磁场强度下的材料微观组织的变化。首先,用EBSD测试材料的晶粒组织变化,并分析晶粒组织变化原因。然后,利用EDS对试样进行测试,通过能谱分析图进行材料的元素种类和含量的分析。最后,分析不同场强下的材料晶粒组织和元素种类含量的变化原因。本方案通过分析不同磁场强度下的材料微观组织的变化,为以后较为复杂的20Cr2Ni4A齿轮钢零件进行磁场处理的性能奠定了基础。(The invention discloses an analysis method for the influence of pulsed magnetic field treatment on the microstructure of a metal part, which changes the magnetic field intensity of one of the magnetic treatment parameters, performs microstructure observation on 20Cr2Ni4A gear steel samples with the same pulse magnetic field discharge frequency and the same sample size, and analyzes the change of the microstructure of the material under different magnetic field intensities. First, the material was tested for grain structure change with EBSD and the cause of grain structure change was analyzed. Then, the sample was tested by EDS, and the element type and content of the material were analyzed by a spectrum analysis chart. And finally, analyzing the change reasons of the grain structure and the element species content of the material under different field strengths. The scheme lays a foundation for the performance of magnetic field treatment of the more complicated 20Cr2Ni4A gear steel parts in the future by analyzing the change of the microstructure of the material under different magnetic field strengths.)

一种脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法

技术领域

本发明涉及材料力学技术领域，特别涉及一种脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法。

背景技术

材料内部的晶粒取向与位错密度是评价材料性能的主要因素。目前，材料内部的晶粒取向与位错密度的改变有很多方法，但都存在实验过程中造成晶粒破碎，取向杂乱，位错混乱，造成材料或者零件的外在性能下降，导致疲劳、磨损等服役性能大幅降低。而磁处理作为一种新兴的非接触微观组织调控技术，通过磁场洛伦兹力可以实现对材料内部以晶粒曲线，微观位错为代表的微观组织进行调控。改善材料疲劳性能。

脉冲磁场调节作用于铁磁性材料的脉冲磁场特征参量，能够显著降低材料在加工过程中产生的残余应力，提升材料的疲劳性能。工艺研究表明，脉冲磁处理(2.25T/5Hz)，可以明显提高碳含量较低的材料55SiMnMo使用寿命，而碳含量较高95CrMo材料的寿命提高有限；显著降低低碳钢焊接接头的腐蚀速率。同时，当磁场方向垂直于残余应力的最大主应力方向时，残余应力的降低最为明显，而对焊缝进行同一方向的磁电复合处理之后，应力下降水平更为显著。美国Innovex公司研制了脉冲磁处理装置，实现了刀具残余应力的松弛，处理后刀具的寿命可提高20％～50％。

脉冲磁场材料改性的机理研究还处于探索阶段，这方面的研究集中在微观尺度，以晶粒、位错、磁畴的耦合作用为出发点。磁处理过程中的磁致振动在材料中引发的应力水平较低，难以通过类似于应力松弛来解释磁处理后残余应力降低的现象，因此目前认为晶粒尺度上磁致伸缩的不均匀性使得原始晶界发生移动，位错迁移后重新排布，减少了晶格畸变，释放第二类残余应力，即微观应力，导致宏观上残余应力的下降。

现有齿轮制造强化工艺按强化内因，主要分为两类：材料相变/改性强化与应变强化。

相变/改性强化，指齿轮整体或强化层材料经历高温冷却过程，通过材料相变或强化元素引入，生成强度/硬度较高的相组织或硬质颗粒。此类工艺需要经历高温相变-快速冷却过程，原有组织(如锻造流线组织)易受到破坏、冷却不均匀造成内应力较大、温度控制不当易生成有害相、变形控制难度大等问题突出。虽然表面淬火(如感应、激光、电子束淬火等)有助于改善变形，然而高温-快冷的方式仍造成局部应力集中、工艺控制精度不高等问题。

应变强化工艺，指齿轮表面在室温下经历一定塑性变形，通过应变强化实现屈服强度提高，并引入适当的压应力。这类工艺有效避免了温度变化引起相变的问题，然而存在强化层难以有效控制(喷丸、超声喷丸)、强化效率低(激光喷丸、超声挤压)、设备昂贵(激光喷丸)、粗糙度差等问题。

重载齿轮高端制造技术始终是国内外工业界、军工部门、研究机构的重点内容之一，近20年一批新的技术不断发展并工程应用，如真空渗碳+高压气淬、激光喷丸、双频感应淬火等。美国齿轮制造协会(AGMA)2010年北美热处理年会(ASMHeatTreatSocietyMeeting)中提出，齿轮高端制造强化技术必须满足以下特点：保持或生成优异的微观组织，精确控制应力演化与最终状态，最小化变形，具有可适应性的效率等。近年来随着强磁场技术与材料技术的迅猛发展，在传统热、力等强化驱动力外，脉冲磁场为齿轮高端制造强化提供了一种全新的方法，可有效避免上述工艺的缺点，有着明显的优势和巨大的潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法，分析不同磁场强度下的材料微观组织的变化，为以后较为复杂的20Cr2Ni4A齿轮钢零件进行磁场处理的性能奠定了基础。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法，包括：

对多组试样分别进行不同场强的磁处理；

分别测试不同场强磁处理和未经磁处理的试样的微观组织数据；所述微观组织数据包括：晶粒组织的结构和形态，元素种类和含量；

根据微观组织数据分析不同场强磁处理对试样的影响。

优选的，所述分别测试不同场强磁处理和未经磁处理的试样的微观组织数据，包括：

用EBSD分别测试不同场强磁处理和未经磁处理的试样的晶粒组织变化；

利用EDS分别测试不同场强磁处理和未经磁处理的试样，通过能谱分析图进行材料的元素种类和含量的分析。

优选的，在所述EDS测试之前，还包括：对待测试的试样表面进行抛光处理。

优选的，在进行EBSD测试之前，对要测试的试样进行电解抛光。

优选的，所述根据微观组织数据分析不同场强磁处理对试样的影响，包括：

根据晶粒组织数据，分析晶粒尺寸的变化规律。

优选的，所述根据微观组织数据分析不同场强磁处理对试样的影响，包括：

分析非金属夹杂物的变化规律。

优选的，所述对多组试样分别进行不同场强的磁处理，包括：

对所有试验进行编号和分组处理，四个不同的磁场强度作为分组的标志，分别为0T、1T、4T、6T，脉冲磁场放电次数均为10次。

优选的，在对多组试样分别进行不同场强的磁处理之前，还包括：

对试样进行热处理工艺。

优选的，在对多组试样分别进行不同场强的磁处理之前，还包括：制备试验样品；

所述制备试验样品，包括：从没有进行热处理工艺的原始20Cr2Ni4A齿轮钢棒料中经过线切割加工成长方体试样。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法，在初步探索脉冲磁场对20Cr2Ni4A齿轮钢试样能够减小材料内部晶粒尺寸的基础上，改变脉冲磁场参数，通过EBSD测试不同磁场强度下的材料内部晶粒尺寸的大小，测试结果显示，材料内部晶粒的平均尺寸随着脉冲磁场强度的增大而减小，主要是与材料的马氏体的形核率有关，脉冲磁场强度越大，材料马氏体相变的驱动力就越大，从而使得生长速度变低，材料的晶粒的平均尺寸因此而减小；

在观察材料内部微观组织时，从材料元素含量和种类的变化角度出发，分析材料的性能受脉冲磁场的影响。通过EDS测试四个磁场强度下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样的元素含量和种类，测试结果显示，不同磁场强度下的材料内部元素含量和种类并没有太大的差异，但是在0T的场强下元素种类和含量与1T、4T、6T的场强下材料的元素种类和含量有一定的差异，即材料的元素变化与磁场强度的大小没有太大的关系，但是与有无进行脉冲磁场处理有关，脉冲磁场处理之后，材料的内部位错密度变大，对于原来试样中存在的非金属夹杂物，其尺寸和数量变小，从而提高了20Cr2Ni4A齿轮钢的屈服强度，并且S相夹杂物的减少使得钢材的塑韧性得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的热处理工艺示意图；

图2a为本发明实施例提供的0T下的晶粒组织形貌；

图2b为本发明实施例提供的1T下的晶粒组织形貌；

图2c为本发明实施例提供的4T下的晶粒组织形貌；

图2d为本发明实施例提供的6T下的晶粒组织形貌；

图3a为本发明实施例提供的0T下的能谱分析图；

图3b为本发明实施例提供的1T下的能谱分析图；

图3c为本发明实施例提供的4T下的能谱分析图；

图3d为本发明实施例提供的6T下的能谱分析图；

图4a和4b为本发明实施例提供的磁处理之前的位错结构；

图4c和4d为本发明实施例提供的磁处理之后的位错结构；

图5为本发明实施例提供的磁处理前后XRD光谱；

图6为本发明实施例提供的处理前后位错密度变化；

图7为本发明实施例提供的不同磁场强度下试样的平均疲劳寿命；

图8为Frank-Read位错源机制示意图。

具体实施方式

本发明提供的脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法，改变磁处理的参数之一磁场强度，对脉冲磁场放电次数相同、试样尺寸相同的20Cr2Ni4A齿轮钢试样进行微观组织观察，分析不同磁场强度下的材料微观组织的变化。首先，用EBSD测试材料的晶粒组织变化，并分析晶粒组织变化原因。然后，利用EDS对试样进行测试，通过能谱分析图进行材料的元素种类和含量的分析。最后，分析不同场强下的材料晶粒组织和元素种类含量的变化原因。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法，包括：

对多组试样分别进行不同场强的磁处理；

分别测试不同场强磁处理和未经磁处理的试样的微观组织数据；所述微观组织数据包括：晶粒组织的结构和形态，元素种类和含量；

根据微观组织数据分析不同场强磁处理对试样的影响。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的脉冲磁场处理对金属零件微观组织影响的分析方法，针对齿轮钢试样在不同磁场强度下的材料晶粒组织和材料内元素含量和种类测试，分析不同磁场强度下的材料微观组织的变化，为以后较为复杂的20Cr2Ni4A齿轮钢零件进行磁场处理的性能奠定了基础。

1.1试样微观组织测试

1.1.1试验样品制备

经过不同场强测试的试样均采用的是从没有进行热处理工艺的原始20Cr2Ni4A齿轮钢棒料中经过线切割加工成的长20mm、宽10mm、高15mm的长方体试样。

1.1.2试验方案设计

对不同磁场强度下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样进行微观组织测试的方案设计如下。

首先，所有的试样在进行微观组织测试之前，都要进行一定的热处理工艺即调质工艺，如图1所示，调质处理的目的是使20Cr2Ni4A齿轮钢试样具有较好的综合机械性能。

其次，对所有试验进行编号和分组处理。总共24个经过调质处理的20Cr2Ni4A齿轮钢试样，将这24个试样分为两大组，每组12个试样，其中，用于EBSD测试和EDS测试的试样分别分为4组，每组3个试样，四个不同的磁场强度作为分组的标志，分别为0T、1T、4T、6T，脉冲磁场放电次数均为10次。

最后，在进行晶粒组织测试以及元素种类和含量测试之前对所有试样使用抛光机进行抛光处理，降低试样的表面粗糙度，从而保证测试时的试样表面光滑平整。

1.2不同场强20Cr2Ni4A齿轮钢试样的EBSD晶粒组织变化分析

EBSD是电子背散射衍射的简称，其在材料微观组织结构中的应用较为广泛，并能够将微观组织和晶体学的相关分析结合在一起，更精确地观察材料的组织。因此，为了观察不同磁场强度的20Cr2Ni4A齿轮钢试样的晶粒组织，本文采用EBSD对材料进行晶粒形貌观察，而不采用透射电子显微镜的原因是，透射电子显微镜制样较为困难，测试速度以及准确度都要低于电子背散射衍射，较电子背散射衍射更为复杂。

在进行EBSD测试之前，对要测试的试样进行电解抛光，保证试样在测试时减少干扰因素，结果更准确。在四种场强0T、1T、4T、6T下的齿轮钢试样的EBSD测试结果如图2a、图2b、图2c和图2d所示。图中显示的所有晶粒中，同一个颜色的晶粒则代表同一个晶粒取向，比如蓝色表示的是和(111)方向平行的晶粒取向，绿色表示的是和(101)方向平行的晶粒取向，红色表示的是和(001)方向平行的晶粒取向。

从图2a、图2b、图2c和图2d中可以明显地看出，0T、1T、4T、6T场强下的晶粒组织结构和形态没有很大的变化，但是由EBSD测量结果可以得出，不同场强下的晶粒平均尺寸不同，其中，0T的晶粒平均尺寸为2.098μm，1T的晶粒平均尺寸为1.816μm，4T的晶粒平均尺寸为1.603μm，6T的晶粒平均尺寸为1.268μm。即经过磁处理之后的20Cr2Ni4A齿轮钢试样晶粒平均尺寸随着磁场强度的增大而减小，其中，在磁场强度为6T时，试样的晶粒平均尺寸最小。

经过磁处理之后的20Cr2Ni4A齿轮钢试样的晶粒平均尺寸比没有磁场的作用下更小，是因为试样在磁场的作用下，材料内部的马氏体晶粒发生细化，晶粒破碎，晶界呈现增加的趋势。而在不同磁场强度下的晶粒尺寸不同，则说明不同磁场强度的晶粒和晶界的变化情况不同。磁场强度越大，磁场对于材料淬火冷却时奥氏体转变成马氏体的速度就越快，也就是说马氏体相变的驱动力就越大，从而使得马氏体的形核率增大，进而更慢地生长，因此，晶粒的平均尺寸便更小。

综上所述，磁场强度的增大有利于马氏体的形核率的增加，从而引起材料晶粒尺寸的减小。

1.3不同场强20Cr2Ni4A齿轮钢试样的EDS元素变化分析

在材料内部，所有元素都具有属于它自己的X射线特征波长，每个元素的X射线特征波长大小由能级跃迁过程中所释放的特征能量决定，EDS能谱仪就是利用特征能量的区别来分析元素。

因此，为了观察20Cr2Ni4A齿轮钢试样经过磁处理之后的元素种类和含量的变化，分析不同磁场强度下的材料非金属夹杂物的元素含量和种类的变化情况，分别对0T、1T、4T、6T场强下的试样进行EDS测试，进行元素种类和含量的分析，在测试之前，对测试的试样表面使用抛光机进行抛光处理，以降低试样的表面粗糙度，获得平整的表面。四个磁场强度下的齿轮钢试样的非金属夹杂物的元素种类和含量的变化如图3a、图3b、图3c和图3d所示。

从图3a、图3b、图3c和图3d不同磁场强度下的材料能谱分析图中可以看出，不同磁场强度下的试样元素含量和种类具有一定的差异。在0T场强下，材料内部以Fe和S元素为主，且S的元素含量占35.9％，Fe的元素含量占53.5％，Cr的元素含量占0.6％；在1T场强下，材料内部以Fe和Cr元素为主，Fe的元素含量占87.6％，Cr的元素含量占3.3％；在4T场强下，材料内部同样以Fe和Cr元素为主，Fe的元素含量占89.9％，Cr的元素含量占3.0％；在6T场强下，材料内部也是以Fe和Cr元为主，Fe的含量占90.7％，Cr的元素含量占3.1％。

测试结果显示，不同磁场强度下的试样材料内部的元素种类和含量具有一定的差异，随着磁场强度的增加，钢中Fe的含量一开始变化较大而后变化较小，Cr的含量变化较小，而S元素的存在是作为硫化物的非金属夹杂物。在0T场强下试样的Fe元素的含量增大的原因是非金属夹杂物的存在，以S元素为主的非金属夹杂物在未加磁场时，S相非金属夹杂物的含量较多，降低了材料的疲劳性能。而经过磁场的磁化作用后，非金属夹杂物的数量减少，钢材的塑韧性有所提高，Fe的含量增多，但是只是一定程度的增加，从1T磁场强度到6T磁场强度，Fe的含量增加的速度降低。

因此，脉冲磁场强度对于元素变化影响较小，但是元素变化与材料有没有进行脉冲磁场处理关联较大，即当脉冲磁场增加到一定强度时，并不会影响材料内部的元素种类，但是材料内部的夹杂物数量更少，这是由于在磁场的作用下，材料内部的位错密度增多，使得夹杂物的尺寸变得更小，从而使得材料内部的屈服强度和疲劳性能提高。

综上所述，本文针对脉冲磁场对20Cr2Ni4A齿轮钢试样在不同磁场强度下的材料晶粒组织和材料内非金属夹杂物的元素含量和种类进行EBSD测试和EDS测试。经过测试之后，得到以下结论：

(1)在初步探索脉冲磁场对20Cr2Ni4A齿轮钢试样能够减小材料内部晶粒尺寸的基础上，改变脉冲磁场参数，通过EBSD测试不同磁场强度下的材料内部晶粒尺寸的大小，测试结果显示，材料内部晶粒的平均尺寸随着脉冲磁场强度的增大而减小，主要是与材料的马氏体的形核率有关，脉冲磁场强度越大，材料马氏体相变的驱动力就越大，从而使得生长速度变低，材料的晶粒的平均尺寸因此而减小。

(2)在观察材料内部微观组织时，从材料元素含量和种类的变化角度出发，分析材料的性能受脉冲磁场的影响。通过EDS测试四个磁场强度下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样的元素含量和种类，测试结果显示，不同磁场强度下的材料内部元素含量和种类并没有太大的差异，但是在0T的场强下元素种类和含量与1T、4T、6T的场强下材料的元素种类和含量有一定的差异，即材料的元素变化与磁场强度的大小没有太大的关系，但是与有无进行脉冲磁场处理有关，脉冲磁场处理之后，材料的内部位错密度变大，对于原来试样中存在的非金属夹杂物，其尺寸和数量变小，从而提高了20Cr2Ni4A齿轮钢的屈服强度，并且S相夹杂物的减少使得钢材的塑韧性得到提高。

另外，本方案还包括：

2.1TEM位错组织变化

磁处理之后的材料之所以会晶粒细化，是因为材料内部的位错滑移、增殖和缠结。位错是一种典型的线缺陷，它实际上是一种介于晶体的滑移区和非滑移区的分界线，且其对材料的力学性能具有很大的影响。

因此，本文采用透射电子对磁处理前后的试样观察位错组织变化。而且，由于TEM测试需要电子束可穿过样品，因此其制样的过程较为复杂，样品要求较薄，因此在测试之前的试验方案中，0T试样和6T试样数量较之前测试多，最终从中找出最合适的样品在透射电镜下观察。

TEM结果如图4a、图4b、图4c和图4d所示，从图中可以很明显的看出，在磁处理之前20Cr2Ni4A齿轮钢试样在透射电镜下显示的表层主要存在板条状马氏体组织，且位错密度整体较低，位错形貌较为单一，并且没有明显的位错缠结和位错塞积现象。但是经过磁处理之后的20Cr2Ni4A齿轮钢试样发生明显的位错缠结现象，试样的位错密度增大，大量位错存在于材料内部，且位错滑移和位错缠结现象较为明显。

对于位错增殖的解释可以用弗兰克-里德位错源机制，即材料受到磁场作用时，受磁场作用的位错力能够克服由位错线张力引起的力，也就是说，外加磁场可以驱动材料内部的位错源，从而使得位错倍增。

脉冲磁场对于20Cr2Ni4A齿轮钢试样残余应力的影响因素之一即位错结构，其影响机制可以解释为在脉冲磁场的作用下，给了晶体内晶格新的畸变动力，因此，在材料受到不断地磁场冲击下，打破了晶格原本的平衡态，材料内部发生了一定程度的晶格畸变，从而一种新的晶格缺陷——位错，便在材料内部产生，且随着位错的不断发展，逐渐发生增殖和滑移，位错缠结现象明显，材料内部的位错胞的密度增大，在这种情况下使得材料的残余应力降低，力学性能提高，从而使得材料得到强化。即脉冲磁场强化20Cr2Ni4A齿轮钢试样的强化机制有位错强化的理论支撑。

2.2 XRD位错密度变化

位错组织在透射电镜下能够观察到在经过磁处理之后，试样发生了明显的位错缠结现象，但是并不能通过数据直观地观察磁处理前后的位错密度变化，因此本节通过X射线衍射仪对磁处理前后的20Cr2Ni4A齿轮钢试样进行测试，得到磁处理前后的XRD光谱，并通过公式计算得出试样的位错密度，更直观地表征磁处理之后的试样的位错密度变化。

经过磁处理前后的XRD光谱图如图5所示。从图中可以看出，经过磁处理之后的试样衍射峰的位置变化并不明显，也就是说，在经过磁处理之后的20Cr2Ni4A齿轮钢试样没有新的相生成，但是与位错密度有关的衍射峰的半高宽即FWHM发生了变化。

因此，为了研究经过磁处理之后的齿轮钢试样位错密度的变化，对3个晶面(110)，(220)和(200)对应的3个衍射峰的半高宽进行公式计算。由Dunn公式，如式(2.1)所示，对磁处理前后的位错密度进行计算分析。

公式中β表示的是衍射峰的半高宽，b表示的是Burgers矢量，D表示的是位错密度。

其中，FWHM的数值可以用积分法求得，即在求某个晶面对应的衍射峰的半高宽时，对该衍射峰的峰底做切线，用切线和半高宽形成的三角形的面积除以三角形的高度即得半高宽的值。

Burgers矢量与试样的材料本身属性有关，磁处理前后的试样的材料必然相同，因此其Burgers矢量可以当做常数，即材料的位错密度和FWHM的平方成正比。所以，材料位错密度的计算分析可以用XRD光谱图中衍射峰的半高宽来实现。

经过计算，将磁处理前后的3个晶面对应的衍射峰的半高宽的变化整理成图6所示。从图中可以很明显地看出，经过磁处理之后的20Cr2Ni4A齿轮钢试样的位错密度增多，且在(220)晶面对应的衍射峰的FWHM变化最大，即其位错密度变化最显著。

2.3三点弯曲疲劳试验结果

20Cr2Ni4A齿轮钢试样经过渗碳处理和脉冲磁场处理之后，放置在疲劳试验机进行试验，测试的试样弯曲疲劳寿命数据如表1所示，5个磁场强度下的平均疲劳寿命如图7所示。从图中可以看出，经过磁处理之后的20Cr2Ni4A齿轮钢试样的疲劳寿命高于没有磁处理的试样，随着磁场强度的增加，试样的疲劳寿命也随之增加，但由于疲劳试验的数据较为离散，变化大小没有超过一个数量级，可忽略不计，但明显的可以看出，6T的场强下，20Cr2Ni4A齿轮钢试样疲劳寿命值最大。

表1、不同场强的20Cr2Ni4A齿轮钢试样弯曲疲劳寿命数据

由表1可以看出，0T的20Cr2Ni4A齿轮钢的6个试样疲劳寿命均在1万周次左右，最高不会超过5万周次，而1T、2T、4T的场强下均有疲劳寿命在5万周次左右的试样，由于测试其疲劳寿命的试样数量较少，且经过磁处理的试样疲劳寿命没有提高到一个新的数量级，但是，6T场强下的试样疲劳寿命达到了14万周次，也就是说在6T场强下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样，弯曲疲劳寿命比磁处理之前的试样提高地较为明显。而由图7也可以明显地看出，随着磁场强度的增加，试样的疲劳寿命也不断增加，其中，在6T场强下的试样疲劳寿命值最大。

上述不同场强下的试样疲劳寿命数据说明，磁处理对20Cr2Ni4A齿轮钢试样在疲劳性能方面具有一定的影响，在场强是6T的情况下，试样的疲劳性能达到最优状态。

因此，本文采用6T场强下的试样作为磁处理之后的试样和未进行磁处理的试样进行疲劳强度的对比。在4种不同的应力水平下，对磁处理之前的试样和6T场强下的试样分别在三点弯曲疲劳试验机上进行疲劳寿命测试，当试样发生断裂时，疲劳试验机停止试验，此时记录下不同应力水平下的疲劳寿命数据，如表2和表3所示。

表2、0T场强下的不同应力下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样弯曲疲劳寿命数据

表3、6T场强下的不同应力下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样弯曲疲劳寿命数据

由表2可以看出，在0T场强下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样在四个不同的应力水平下，疲劳寿命也有所变化，随着应力值的增加，疲劳寿命数值下降，且由最大寿命值789021周次降到最低寿命11050周次；而由表3可以看出，在6T场强下的20Cr2Ni4A齿轮钢试样的最高寿命在最大应力值是316MPa时，寿命为1679893周次，相比较同样应力条件下，0T场强下的试样，寿命值提高约80万周次。

磁场作用于材料内部位错的力，与磁场强度、磁场方向和相邻两个晶面易磁化轴的方向有关。实际上，磁场作用在材料内部位错的力是磁场对材料内部位错的推动力，这个力是由材料的磁致塑性变形引起的。而根据Frank-Read位错源机制，如图8所示，当磁场作用于位错的力大于位错线的张力引起的阻力时，位错便开始从最里面的黑线到最外面的黑线最后回到原始状态，循环这个过程，不断地产生位错增殖。因此，20Cr2Ni4A齿轮钢试样经过磁场处理，然后在位错强化机制的作用下，疲劳性能显著提高。

本方案应用于金属晶粒取向与位错调控技术，具有下列优势：

一.新型材料组织性能调控技术，无需接触零件表面，减少表面损伤萌生；

二.时间短、速度快；

三.晶粒取向明显，位错均匀化。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。