本文關(guān)鍵詞：氮對(duì)奧氏體不銹鋼中團(tuán)簇結(jié)構(gòu)影響的計(jì)算機(jī)模擬研究

  更多相關(guān)文章： 奧氏體不銹鋼 短程有序結(jié)構(gòu) 團(tuán)簇

【摘要】：經(jīng)過滲氮處理,特別是低溫等離子滲氮處理后的奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學(xué)性能與耐腐蝕抗氧化性能,在核工程的結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在奧氏體不銹鋼中,各種元素之間相互作用,經(jīng)常會(huì)形成短程有序的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。氮作為一種重要的合金元素,通過對(duì)原子間相互作用的影響,會(huì)對(duì)奧氏體不銹鋼中的團(tuán)簇形成及其結(jié)構(gòu)規(guī)律產(chǎn)生影響。然而,目前對(duì)其原子尺度結(jié)構(gòu)的理解相對(duì)薄弱,制約了滲氮奧氏體不銹鋼在核主泵關(guān)鍵材料上的應(yīng)用。本論文采用計(jì)算機(jī)模擬的方法,利用2NN MEAM勢(shì)函數(shù),分別研究了奧氏體不銹鋼中合金元素的含氮短程有序團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)特征、FCC-Fe中空位團(tuán)簇的長(zhǎng)大規(guī)律、以及N對(duì)空位團(tuán)簇的影響規(guī)律。首先,本課題通過擬合形成焓、晶格常數(shù)以及體積模量等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),獲得了Fe-Ni、Ni-N、Cr-N二元合金系統(tǒng)的2NN MEAM的勢(shì)參量,進(jìn)而得出了Fe-Ni-N、Fe-Cr-N三元系統(tǒng)的勢(shì)參量以及Fe-Cr-Ni-N四元合金系統(tǒng)的2NN MEAM勢(shì)參量,這為本課題乃至將來研究含氮奧氏體不銹鋼提供了一個(gè)新的途徑。其次,在Fe-Cr-Ni-N勢(shì)參量的基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn),N原子在奧氏體不銹鋼中的晶格中存在于八面體間隙位置,且彼此相互排斥,無法形成穩(wěn)定的團(tuán)簇結(jié)構(gòu),而Cr、Ni合金元素對(duì)N原子有束縛作用,使N原子團(tuán)簇可以穩(wěn)定存在于Cr或Ni原子周圍,形成局部過飽和的短程有序結(jié)構(gòu)。再次,從能量角度考察了奧氏體不銹鋼中的(Fe,Cr,Ni)6N八面體團(tuán)簇,發(fā)現(xiàn)除了Fe0Cr6Ni0N團(tuán)簇結(jié)構(gòu),其它結(jié)構(gòu)都可以穩(wěn)定存在,且Fe5Cr1Ni0N和Fe5Cr0Ni1N結(jié)構(gòu)中N原子的形成能最低。另外,通過研究FCC-Fe中最穩(wěn)定空位團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的組合規(guī)律,得出了空位團(tuán)簇最穩(wěn)定演化方式的兩條規(guī)則,分別是以三空位塌陷形成的層錯(cuò)四面體為基本結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)大,以及每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的X、y、z方向的最近鄰位置上不能同時(shí)出現(xiàn)相同的結(jié)構(gòu)單元,并且提出了一種層錯(cuò)四面體的形成機(jī)制,即空位團(tuán)簇在{111}晶面長(zhǎng)大形成等邊三角形的層錯(cuò)時(shí),層錯(cuò)上方密排面發(fā)生級(jí)聯(lián)塌陷形成層錯(cuò)。最后,通過研究氮對(duì)空位團(tuán)簇長(zhǎng)大的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)空位與N原子相互吸引,容易形成空位-氮團(tuán)簇,且間隙N原子圍繞空位團(tuán)簇排布,大量N原子的存在使團(tuán)簇穩(wěn)定性下降,并且提出了氮抑制空位團(tuán)簇長(zhǎng)大機(jī)制,即空位團(tuán)簇周圍大量N原子形成屏蔽層,一方面可以使空位團(tuán)簇被釘住,而無法完成遷移,使其進(jìn)一步的演化受到阻礙；另一方面,由于N原子之間的排斥作用,N屏蔽層之間互相排斥,導(dǎo)致空位團(tuán)簇?zé)o法完成偏聚。這些計(jì)算結(jié)果將為進(jìn)一步闡明含氮奧氏體不銹鋼中原子尺度結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：奧氏體不銹鋼 短程有序結(jié)構(gòu) 團(tuán)簇
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG142.71
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 研究背景9
• 1.2 氮對(duì)不銹鋼組織性能的影響9-10
• 1.3 奧氏體不銹鋼滲氮技術(shù)10-11
• 1.3.1 氣體滲氮技術(shù)10-11
• 1.3.2 等離子體滲氮技術(shù)11
• 1.4 奧氏體不銹鋼表面改性層γN相11-14
• 1.4.1 奧氏體不銹鋼γN相的特點(diǎn)11-12
• 1.4.2 奧氏體不銹鋼γN相的制備12-14
• 1.5 含氮奧氏體不銹鋼中有序結(jié)構(gòu)及FCC鐵基中空位有序結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.6 本文研究意義15-16
• 1.7 本文研究?jī)?nèi)容16-18
• 2 理論計(jì)算方法18-28
• 2.1 嵌入原子法的發(fā)展19-24
• 2.1.1 嵌入原子法19
• 2.1.2 修正嵌入原子法19-21
• 2.1.3 次近鄰修正嵌入原子法21-24
• 2.2 2NN MEAM勢(shì)函數(shù)Fe-N勢(shì)參量的擬合24-28
• 3 Fe-Cr-Ni-N合金體系勢(shì)參量的擬合28-40
• 3.1 二元合金系統(tǒng)的勢(shì)參量擬合28-38
• 3.1.1 Fe-Ni合金系統(tǒng)的勢(shì)參量擬合28-33
• 3.1.2 Cr-N合金系統(tǒng)的勢(shì)參量擬合33-36
• 3.1.3 Ni-N合金系統(tǒng)的勢(shì)參量擬合36-38
• 3.2 三元及四元合金系統(tǒng)的勢(shì)參量擬合38-39
• 3.3 本章小結(jié)39-40
• 4 奧氏體不銹鋼中合金元素短程有序結(jié)構(gòu)特征40-46
• 4.1 Cr/Ni-N相互作用影響40-43
• 4.1.1 N-N相互作用40-41
• 4.1.2 Cr-N相互作用41-42
• 4.1.3 Ni-N相互作用42-43
• 4.2 奧氏體不銹鋼中八面體團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的討論43-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 5 FCC鐵中空位-氮的短程有序結(jié)構(gòu)特征46-57
• 5.1 FCC鐵中的空位團(tuán)簇46-51
• 5.1.1 空位團(tuán)簇的演變規(guī)律46-50
• 5.1.2 FCC鐵中層錯(cuò)四面體的形成50-51
• 5.2 氮-空位相互作用影響51-55
• 5.2.1 N原子對(duì)空位團(tuán)簇的影響規(guī)律51-55
• 5.2.2 氮抑制空位團(tuán)簇長(zhǎng)大機(jī)制的討論55
• 5.3 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-65

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 孫金全;崔洪芝;赫慶坤;劉贊;陶鵬;閻璐;;不銹鋼低溫滲氮/滲碳S相滲層技術(shù)的研究進(jìn)展[J];熱處理技術(shù)與裝備;2013年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 沈烈;奧氏體不銹鋼形變/滲氮復(fù)合處理工藝及滲氮層結(jié)構(gòu)與性能研究[D];大連海事大學(xué);2013年

2 武小娟;不銹鋼Ni-P化學(xué)鍍層性能及動(dòng)力學(xué)理論的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2013年

3 陳宏濤;奧氏體不銹鋼低溫稀土氮碳共滲層相結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 張志鵬;氮表面改性奧氏體不銹鋼的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究[D];大連理工大學(xué);2014年

5 李廣宇;等離子體源滲氮AISI 316奧氏體不銹鋼工藝及其性能研究[D];大連理工大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王光宏;高性能滲氮鋼的摩擦磨損特性研究[D];華南理工大學(xué);2013年

2 鄭洪福;汽輪機(jī)閥桿離子滲氮層失效分析[D];青島科技大學(xué);2014年

3 劉敏;閥門用不銹鋼螺紋副表面強(qiáng)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：1040825