鋼鐵材料因其優(yōu)異的性能和低廉的成本,是目前應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)材料,如何提升其性能是近年來鋼鐵材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。眾所周知,鋼鐵材料中添加少量的稀土元素即可大幅度地提升其性能,但目前對其具體的作用機(jī)理缺乏微觀原子尺度上的認(rèn)識(shí)。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了17種稀土元素?fù)诫s對α-Fe的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和力學(xué)性能的影響,此外還對目前稀土鋼中常見的Fe-Ce金屬間化合物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了計(jì)算,為新型稀土鋼的研發(fā)提供一定的參考。固溶焓的計(jì)算結(jié)果表明,在0 K下所有的稀土元素均不能自發(fā)地固溶于α-Fe中,其中Sc元素的固溶能力相對最強(qiáng),Pr元素的固溶能力相對最差。從結(jié)合能的計(jì)算結(jié)果可知,Ce元素?fù)诫s后體系穩(wěn)定性相對最強(qiáng),而Er和Yb元素?fù)诫s后體系的穩(wěn)定性相對較差,表明在所有的Fe-RE化學(xué)鍵中Fe-Ce鍵最強(qiáng),Fe-Er鍵和Fe-Yb鍵相對較弱。稀土元素?fù)诫s對α-Fe力學(xué)性能的影響可從彈性和塑性兩個(gè)方面進(jìn)行評估。首先根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變法對固溶體的單晶獨(dú)立彈性常數(shù)進(jìn)行計(jì)算,在此基礎(chǔ)上根據(jù)V-R-H近似可得到其多晶彈性模量。計(jì)算結(jié)果表明,稀土元素?fù)诫s均會(huì)降低α-Fe的彈性常數(shù)和彈性模... 

【文章來源】：河南理工大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

計(jì)算材料學(xué)中的典型模擬方法所對應(yīng)的空間和時(shí)間尺度示意圖

（1）第一章介紹了研究的背景及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對稀土鋼的基本情況及本文的研究目的進(jìn)行了基本的介紹。（2）第二章介紹了計(jì)算相關(guān)的理論基礎(chǔ)，主要介紹了密度泛函理論和計(jì)算所用到的一系列的近似，并對本文計(jì)算所用的 VASP 軟件進(jìn)行了簡單的介紹。（3）第三章對稀土原子在 α-Fe 中的固溶情況進(jìn)行了研究，主要從固溶焓和結(jié)合能兩個(gè)角度進(jìn)行研究，并借助電子結(jié)構(gòu)（態(tài)密度）進(jìn)行了一定的分析。（4）第四章主要研究了稀土元素?fù)诫s對 α-Fe 彈性性能的影響，計(jì)算了稀土元素?fù)诫s對 α-Fe 彈性常數(shù)、彈性模量、延展性和脆韌性的影響。（5）第五章研究了稀土元素?fù)诫s對 α-Fe 塑性變形的影響，塑性變形可由廣義層錯(cuò)能進(jìn)行表征，計(jì)算了稀土元素?fù)诫s對廣義層錯(cuò)能曲線的影響。（6）第六章對兩種 Fe-Ce 二元金屬間化合物 CeFe2和 Ce2Fe17的熱物性參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。（7）第七章對全文進(jìn)行了總結(jié)并對后序的工作進(jìn)行了一定的展望。具體計(jì)算內(nèi)容的詳細(xì)流程圖如圖 1-2 所示。

圖 2-1 第一性原理從頭算原子贗勢方法示意圖 Schematic of first-principles ab initio pseudopotentia過第一性原理方法來進(jìn)行構(gòu)建，其基本思想用一個(gè)有效勢取代由原子核和芯電子造成的幾個(gè)方面的要求。其一，取代后價(jià)電子軌道該一致；其二，邊界處波函數(shù)及其一階微分，對贗勢原子和全電子原子在中心區(qū)內(nèi)的所綜上所述，贗勢必須滿足模守衡。Bachelet 等元素的模守恒贗勢，然而模守恒贗勢函數(shù)在周期表中第一周期元素和過渡族元素時(shí)往往。為了解決這個(gè)問題，Vanderbilt 進(jìn)一步發(fā)展內(nèi)的電荷是由較硬的綴加函數(shù)和較軟的價(jià)態(tài)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，超軟贗勢能夠通過較少數(shù)量的


本文編號：3359028