论文部分内容阅读
高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢,同时其工艺性能好,强度和韧性配合好等优点。而本文主要通过第一性原理计算结合半经验理论,对当前高速钢中MC(M=Ti,V,Zr,Nb,Hf,Ta,Mo,W),M2C(M=Mo,W),M3C(M=Cr, Mn,Fe,Co,Ni)以及M23C6(M=Cr,Mn,Fe,Mo,W)硬质相进行了较深入的理论研究,得到了这些化合物的结构特征,通过构建这些化合物的晶体结构后通过计算得到其基本的力学性质与电子结构。通过计算表征热力学稳定性的两个参数：结合能与形成焓,结果表明所有研究的MC,M2C,M3C和M23C6化合物硬质相都热力学稳定。这也就说明这些化合物在实验阶段相对而言更易于制备。此外,计算得到的结果与相应的实验结果有较好的吻合。计算获得了MC,M2C,M3C和M23C6化合物硬质相的力学性质,首先通过应力-应变的方法获得了这些化合物的弹性常数,根据所得弹性常数通过Voigt-Reuss-Hill近似即可得到化合物的模量值,其包括有体模量、剪切模量、杨氏模量及泊松比。其中MC化合物的体模量范围为217.5-294.OGPa,剪切模量范围为150.3-205.7GPa,泊松比范围为0.173-0.239。且这些化合物的硬度值都低于30GPa.M2C化合物的体模量范围为289.3-336.3GPa,剪切模量范围为149.1-190.6GPa,泊松比范围为0.26-0.29.M3C化合物的体模量变化范围为199.0-320.2GPa,剪切模量变化范围为71.0-150.6GPa.根据体模量与剪切模量的比值(B/G)知这些化合物都是韧性较好的。M23C6化合物的体模量变化范围为301.0-339.6GPa,剪切模量变化范围为126.9-163.7GPa.且可知经掺杂铬,钼和钨化合物得到的模量值都大于未掺杂的化合物。此外,还讨论了M2C和M3C化合物的力学各向异性及声速各向异性,结果表明化合物的杨氏模量的各向异性要强于体模量的各向异性。同时研究了M23C6化合物的力学各向异性,结果表明化合物Fe23C6的杨氏模量的各向异性要强于其它化合物的杨氏模量各向异性。对这些化合物的电子结构研究表明MC,M3C和M23C6化合物的化学键组成都为金属键与共价键的混合键。