简析钢铁材料的磁学性质ON THE MAGNETISM OF IRON AND STEEL
李红,顾强
摘要(Abstract)：
钢铁制品在日常生活中随处可见；钢铁材料具有磁性也是广为人知的生活常识。实用的钢铁材料种类繁多，磁性的强弱也有显著差别。本文旨在解析这个生活常识背后所涉及的物理知识。总体来看，钢铁材料主要是含有少量碳元素的铁碳合金，此外还可能包含少量其他合金元素。合金元素的含量及种类对钢铁材料磁性的影响很大。本文主要结合铁碳二元合金相图介绍了不同含碳量钢铁材料的组分，并据此对材料磁性的变化进行了定性分析。概括来说，铁磁性主要来自于材料中可能包含的三种组分：铁素体、渗碳体和马氏体，而奥氏体则仅具有顺磁性。其中马氏体是一种处于亚稳状态的非平衡相，无法标记在平衡相图中。本文也可以作为学习和应用相图的一个教学案例。
关键词(KeyWords)： 磁性;相图;钢铁;铁碳合金
基金项目(Foundation):
作者(Author): 李红,顾强
参考文献(References)：
- [1] 胡赓祥，蔡珣，戎咏华.材料科学基础[M].3版.上海：上海交通大学出版社，2010.
- [2] 汪志诚.热力学统计物理[M].6版.北京：高等教育出版社，2020.
- [3] 傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学(上册)[M].5版.北京：高等教育出版社，2005.
- [4] 赵凯华，陈熙谋.新概念物理学教程(电磁学)[M].北京：高等教育出版社，2003.
- [5] 基特尔 C.固体物理导论[M].项金钟，吴兴惠，译.北京：化学工业出版社，2005.
- [6] 姜寿亭，李卫.凝聚态磁性物理[M].北京：科学出版社，2003.
- [7] CRANGLE J,GOODMAN G M.The magnetization of pure iron and nickel[J].Proc Roy Soc Lond A,1971,321:477.
- [8] TSUZUKI A,SAGO S,HIRANO S I,et al.High temperature and pressure preparation and properties of iron carbides Fe7C3 and Fe3C[J].J Mater Sci,1984,19:2513.
- [9] MITSUI Y,IKEHARA Y,TAKAHASHI K,et al.Fe-Fe3C binary phase diagram in high magnetic fields[J].J Alloys Comp,2015,632:251.
- [10] LEGER J M,LORIERS-SUSSE C,VODAR B.Pressure effect on the Curie temperatures of transition metals and alloys[J].Phys Rev B,1972,6:4250.
- [11] SWARTZENDRUBER L J.The Fe(iron) system[J].Bull Alloy Phase Diagr,1982,3:161.
- [12] SHIMIZU K,KIMURA T,FUROMOTO S,et al.Superconductivity in the non-magnetic state of iron under pressure[J].Nature,2001,412:316.