以Fe-25Mn合金為基礎(chǔ)添加不同的合金元素,可獲得具有優(yōu)良力學(xué)性能的孿晶誘導(dǎo)塑性鋼。通過基于密度泛函理論的第一性原理平面波超軟贗勢(shì)方法計(jì)算了Fe-25Mn合金的晶格常數(shù)、力學(xué)性能、電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:Fe-25Mn合金滿足力學(xué)穩(wěn)定性條件,可穩(wěn)定存在;該合金具有微弱的磁性,總磁距為1.192 hbar。電荷密度則主要集中在Mn原子和離Mn原子最近的Fe原子,Fe原子和Mn原子的分波態(tài)密度有明顯共振,這說明了Fe-Mn原子之間結(jié)合較好。 

【文章來源】：熱加工工藝. 2020,49(18)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

Fe-25Mn合金的超晶胞模型

體系能量越低，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。對(duì)于面心立方的Fe晶胞，置換固溶的Mn原子可在晶胞的頂角位置和面心位置，經(jīng)過計(jì)算，位于頂角位置的能量高于位于面心位置的能量，即置換固溶的Mn原子位于晶胞的面心位置。當(dāng)晶體能量趨近于最低值時(shí)的晶格常數(shù)則為平衡常數(shù)，F(xiàn)e-25Mn晶格常數(shù)與能量的關(guān)系經(jīng)二次擬合后的曲線如圖2所示。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的Fe-25Mn合金的晶格常數(shù)為3.58魡，與查詢文獻(xiàn)得到的結(jié)果相差不大[17]，說明此計(jì)算方法是可行的。2.2 力學(xué)性能

圖3的分態(tài)密度圖顯示了Fe-25Mn合金的成鍵電子主要分布在-6.0～2.0e V。在-6～0.2e V區(qū)域內(nèi)的態(tài)密度主要由Fe原子上的d軌道原子貢獻(xiàn)，導(dǎo)帶則是由Mn原子貢獻(xiàn)。在費(fèi)米能級(jí)下的成鍵峰多于費(fèi)米能級(jí)上的，也就是說該合金在費(fèi)米能級(jí)以下有較多價(jià)電子，這有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和使原子之間的結(jié)合能力增強(qiáng)。晶體的總態(tài)密度圖上下兩部分幾乎對(duì)稱，因此體系的磁性較小，呈現(xiàn)出順磁性。兩種原子的分波態(tài)密度不對(duì)稱，即在Fe-25Mn合金中兩種原子單獨(dú)都具有較強(qiáng)磁性，Mn固溶于金屬Fe中后，兩種原子相互作用使得各個(gè)原子的磁矩互相抵銷，總體呈現(xiàn)順磁性。兩種原子的態(tài)密度主要由d軌道上的電子提供，因?yàn)檫@兩元素都是金屬元素，d軌道上的電子處于高能級(jí)。而其他軌道上的電子幾乎不提供能態(tài)密度。Fe和Mn原子d軌道上的電子相互作用明顯，這對(duì)其結(jié)合成鍵有重要作用[19]。在態(tài)密度圖上的費(fèi)米能級(jí)附近有一個(gè)2 e V左右的贗能隙的波谷，但是此區(qū)域的態(tài)密度并不為零而且較窄，因此合金的金屬性很強(qiáng)。在費(fèi)米能級(jí)以上區(qū)域的電子能量較高，但是數(shù)量較少，也就是說價(jià)電子較少，晶體內(nèi)部成鍵為金屬鍵，導(dǎo)電性很強(qiáng)�？傮w來說合金呈現(xiàn)出較強(qiáng)的過渡金屬的性質(zhì)，使得合金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。由圖3的分態(tài)密度圖可見，兩種原子的態(tài)密度的值大小不同，但是圖線形狀較為相似，存在同一能級(jí)上共振的情況。這說明兩種元素電子性質(zhì)相似，Mn原子能很好地固溶在Fe晶體中，形成性能良好的合金。

【參考文獻(xiàn)】：
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