论文部分内容阅读
渗碳体是铁素体钢中最重要的析出相之一。它的存在形式和存在状态直接影响铁素体钢的性能。合金元素的加入会导致渗碳体结构、成分和性能的变化，最终导致铁素体钢性能的变化。Cu是许多钢铁中常见的元素，富Cu团簇析出则是铁素体钢中一种常见的析出相；富Cu团簇的析出还是引起压力容器（RPV）钢脆化的原因。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法深入研究了渗碳体和富Cu团簇析出的一些基本性质，以理解这两种析出相的析出行为对铁素体钢的强化和脆化的影响机制。具体内容如下：1、研究了铁素体与渗碳体两相中Ti和V元素的分配情况，同时也研究了元素分配在渗碳体后所形成的合金渗碳体的稳定性和力学性质。在铁素体钢中，无论在铁磁还是无磁态时，Ti均向渗碳体偏聚。在铁磁态时，Ti更容易置换渗碳体中Fe的8d位置；在无磁态时，Ti更容易置换渗碳体中Fe的4c位置。在铁磁态时，V不容易向渗碳体偏聚；在无磁态时，V向渗碳体偏聚。无论在铁磁还是无磁态时，V更容易置换渗碳体中Fe的8d位置。渗碳体是一种亚稳态化合物。无论在铁磁还是无磁态时，Ti和V均能够加强渗碳体的稳定性。在铁磁态时，渗碳体和Ti和V置换形成的合金渗碳体均具有力学稳定性；在无磁态时，它们不具有力学稳定性。在铁磁态时，Ti和V偏聚到渗碳体能够增加其硬度和刚度，提高其抵抗变形的能力，减小其韧性和各向异性。2、铁素体钢铁中含Cu固溶体与Cu溶质原子析出最初期的富Cu区的比较研究。由于Fe和Cu不互溶，溶质Cu原子容易在铁素体钢中析出。这里我们研究析出最初期的含Cu量较低的富Cu富集区合金力学性质的变化情况，计算了三种Fe-Cu固溶体合金(Fe127Cu1、Fe119Cu9、Fe111Cu17，Cu原子的摩尔分数分别为0.78%，7.03%，13.28%)的热力学和弹性性质。研究表明，通过对结合能和形成焓的计算，三种Fe-Cu固溶体合金中的化学键比bcc结构Fe原子之间的化学键弱。随着Cu含量的增加，三种Fe-Cu固溶体合金的晶体内部化学键在逐渐变弱；另外两相混合的能力亦在下降。在我们研究的三种模型中，Fe127Cu1固溶体合金最容易形成。纯Fe和Fe127Cu1以及Fe119Cu9固溶体合金具有力学稳定性，而Fe111Cu17固溶体合金已不具有力学稳定性。Fe127Cu1固溶体合金的硬度、刚度和抵抗剪切变形的能力比纯Fe的高，而Fe119Cu9和Fe111Cu17呈现相反的趋势，Cu含量越高其性能下降得越明显。另外，bcc结构Fe和三种Fe-Cu固溶体合金均属于韧性材料。