【摘 要】
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多组元B1型碳化物在钢铁材料中因其良好的热稳定性和显著的纳米级高密度析出相的沉淀强化效果,对提高钢铁材料的力学性能意义重大。此外,明确高强钢中发生氢脆现象的物理机制对钢铁材料的生产、应用和安全也具有重大意义。本文在国家自然科学基金组委会面上项目“基于第一性原理的相间析出强化型高强度高局部成形性能多相钢的组织性能控制（编号:51774083）”基金支持下,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地
【基金项目】
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国家自然科学基金组委会面上项目“基于第一性原理的相间析出强化型高强度高局部成形性能多相钢的组织性能控制（编号:51774083）”基金；
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多组元B1型碳化物在钢铁材料中因其良好的热稳定性和显著的纳米级高密度析出相的沉淀强化效果,对提高钢铁材料的力学性能意义重大。此外,明确高强钢中发生氢脆现象的物理机制对钢铁材料的生产、应用和安全也具有重大意义。本文在国家自然科学基金组委会面上项目“基于第一性原理的相间析出强化型高强度高局部成形性能多相钢的组织性能控制（编号:51774083）”基金支持下,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了 Mo、W、Cr、Zr元素掺杂含Ti-V、Ti-Nb钢中形成的多组元B1型碳化物对结构稳定性的影响,以及VC捕获H原子行为的影响机理。论文的主要内容和结论总结如下:（1）采用线性插值法对B1型三元碳化物（Ti1-xMx）C（M=V、Cr、Zr、Nb、Mo 和 W）、四元型碳化物（TixV0.75-xM0.25）C 和（TixNb0.75-xM0.25）C 晶格常数进行预测,为新型多元复合型碳化物的制备提供了理论指导。结果表明,（Ti1-xMx）C（M=Cr、Mo和W）采用线性插值法公式时要考虑空位的影响;MoCy和WCy中y的值与（Ti1-xMx）Cz中x的关系表明,当x从0.1增大至0.5时,空位对（Ti1-xMx）C晶格常数影响逐渐减小;不同合金元素的相互作用导致（Ti1-xMx）Cz采用插值法公式中MoCy的y值变化范围在0.61～0.74,WCy的y值变化范围在0.6上下浮动。（2）对（TixV0.75-xM0.25）C（M=Cr、Zr、Nb、Mo 和 W）和（TixNb0.75-xM0.25）C（M=Cr、Zr、Mo和W）B1型碳化物的稳定性进行了探讨。结果表明,（TixV0.75-xM0.25）C和（TixNb0.75-xM0.25）C体系的形成能随着x增加而降低,（Ti0.625V0.125M0.25）C和（Ti0.625Nb0.125M0.25）C体系结构最稳定,且稳定性从高到低为Nb>Zr>W>Mo>Cr,为新型多元复合型碳化物提供参考。（3）对H与VC的交互作用进行了探讨。结果表明,VC四面体间隙位置捕获H后,与VC相比,结构不稳定;氢原子倾向占据在V4C3空位位置,其可作为不可逆氢陷阱;V4C3捕获H2后,氢以原子态存在于空位;不同空位浓度的VCx都有可能形成,其中当CVac=12.5%时,2×2×2晶胞的V4C3不止能捕获12个氢原子,为高强钢碳化物的氢陷阱设计指明方向。
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