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包头具有丰富的铌资源，铌微合金化作用在重轨钢的应用越来越成为人们研究的热点。我国的重轨钢为中高碳珠光体型钢轨，重轨钢中大量的渗碳体保证了钢轨具有高强度、硬度和耐磨性。珠光体型重轨钢渗碳体的存在是引起轨头表面裂纹出现的成因，含铌重轨钢中渗碳体结构和力学性能的影响缺乏微观层次的研究。本文基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了渗碳体（Fe3C）的结构与力学性能。重点研究了Fe3C、(Fe11Nb8d)C4及(Fe11Nb4c)C4的晶体结构、稳定性、电子结构、力学性能和各向异性。另外，对比研究了渗碳体（Fe3C）和铁素体（α-Fe）的电子结构与力学性能差异性。探讨了α-Fe沿不同晶面弹性各向异性的影响规律。主要结论如下：（1）我们的计算结果表明，（Fe11Nb8d)C4、(Fe11Nb4c)C4的结合能均高于Fe3C，说明铌元素可以存在于渗碳体中。电子结构分析表明渗碳体主要受到Fe-Fe金属键的作用，Fe-C共价键的作用影响不大。另外，铌的存在会使渗碳体的晶格发生畸变，使碳原子向相邻Fe原子位置靠近，加强了Fe-C键的结合。（2）力学计算表明，Fe3C的理论维氏硬度为11.21GPa。铌原子置换渗碳体中的铁原子形成合金渗碳体，杨氏模量和剪切模量均得到了提高。渗碳体在{100}切变平面上的各向异性显著，(Fe11Nb8d)C4可以改善渗碳体的各向异性。计算出的Fe3C、(Fe11Nb4c)C4和(Fe11Nb8d)C4的德拜温度分别为480K、486K、501K，预测出材料的德拜温度与剪切模量存在线性关系。（3）研究了渗碳体（Fe3C）和铁素体（α-Fe）的电子结构和力学性能。计算的结果发现两种结构的力学常数差异性不大，说明力学性能主要受到Fe-Fe金属键的作用，Fe-C共价键对材料力学性能没有太大作用，主要由晶体结构决定的。（4）分析了α-Fe晶体沿不同晶面的各向异性，发现造成各向异性的主要原因是由晶面上的不同晶向造成的。通过建立各晶向弹性各向异性系数和对应的杨氏模量关系，预测出三种晶面各向异性变化程度：（112）面最好、（011）面次之和（001）面最差。