本文關鍵詞：滲碳體彈性模量各向異性研究

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【摘要】：大應變冷拔珠光體鋼絲是世界上強度最高的鋼鐵材料,其形變和強化機理受到了國內(nèi)外學者的廣泛關注。滲碳體作為珠光體鋼絲中重要的強化相,其性能、形狀、分布以及在冷拉過程中的取向變化對拉拔后鋼絲的性能有很大影響。傳統(tǒng)理論認為,滲碳體屬于脆性相,但大量的研究結(jié)果表明,在珠光體鋼絲拉拔過程中滲碳體發(fā)生了塑性變形。因此,滲碳體的性能尤其是力學性能成為了研究的熱點。本文將通過采用第一性原理計算的方法研究滲碳體相的力學特征,以及合金化對滲碳體相關力學性能的影響,并通過相應的實驗設計驗證模擬計算結(jié)果的合理性。第一性原理計算結(jié)果顯示：滲碳體的單晶彈性常數(shù)C44極小,僅為C55(或C66)的七分之一,滲碳體具有強烈的彈性各向異性。采用電子背散射衍射(EBSD)和納米壓痕相結(jié)合方法測試了滲碳體不同晶向彈性模量值,并與第一性原理計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)：能量法計算得到的彈性模量值隨晶向的變化規(guī)律與實測的彈性模量值基本一致；應力應變法得到的彈性模量值與實測的彈性模量值規(guī)律差距較大。第一性原理計算獲得的彈性模量其各向異性要大于實測彈性模量的各向異性。合金滲碳體結(jié)合能、形成能的第一性原理計算結(jié)果表明：Mn在滲碳體中8d占位鍵合最強,且更易形成合金滲碳體,計算結(jié)果與機械合金化+放電等離子燒結(jié)(SPS)制備的塊狀合金滲碳體XRD分析結(jié)果相吻合。隨著Cr含量的增加,滲碳體相中Cr原子具有從8d占位逐漸轉(zhuǎn)為4c占位的傾向。Fe_2MnC和Fe_2CrC合金滲碳體彈性模量計算結(jié)果表明：加入合金元素以后,滲碳體的彈性模量增大,且Fe_2MnC的彈性模量值大于Fe_2CrC。
【關鍵詞】：滲碳體 彈性模量 彈性各向異性 第一性原理計算 合金元素占位
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG356.45
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 本論文專業(yè)術(shù)語注釋表6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 滲碳體的研究現(xiàn)狀10-22
• 1.2.1 滲碳體的基礎研究10-13
• 1.2.2 滲碳體的力學性能研究13-17
• 1.2.3 滲碳體其他性能研究17-18
• 1.2.4 合金元素對滲碳體性能的影響18-20
• 1.2.5 滲碳體的制備20-22
• 1.3 本課題研究背景與內(nèi)容22-24
• 1.3.1 課題研究背景及意義22-23
• 1.3.2 課題研究內(nèi)容23-24
• 第二章 第一性原理基礎24-33
• 2.1 薛定諤方程24-29
• 2.1.1 Born-Oppenheimer近似25
• 2.1.2 單電子近似25-27
• 2.1.3 Kohn-Sham方程27-28
• 2.1.4 電子交換關聯(lián)勢28-29
• 2.2 第一性原理計算軟件介紹29-31
• 2.2.1 常用贗勢法軟件30-31
• 2.2.2 VASP軟件31
• 2.3 本章小結(jié)31-33
• 第三章 試驗研究路線及方法33-41
• 3.1 研究路線33-34
• 3.2 試驗材料及其制備34-36
• 3.3 材料微觀結(jié)構(gòu)分析36-40
• 3.3.1 電子背散射衍射分析(EBSD)36-38
• 3.3.2 掃描電鏡顯微分析(SEM)38-39
• 3.3.3 X射線衍射分析(XRD)39
• 3.3.4 透射電子顯微分析(TEM)和能譜分析(EDS)39-40
• 3.4 材料性能表征40-41
• 第四章 滲碳體力學性能各向異性研究41-54
• 4.1 滲碳體晶體的第一性原理和計算41-48
• 4.1.1 模型和計算方法41-42
• 4.1.2 滲碳體的晶格常數(shù)42-43
• 4.1.3 單晶滲碳體的彈性常數(shù)43-47
• 4.1.4 滲碳體彈性模量的計算47-48
• 4.2 滲碳體力學性能各向異性的實驗論證48-52
• 4.2.1 EBSD試驗方案48-49
• 4.2.2 納米壓痕測試參數(shù)確定49-50
• 4.2.3 實測結(jié)果與計算結(jié)果對比50-52
• 4.3 本章小結(jié)52-54
• 第五章 合金滲碳體力學性能各向異性研究54-71
• 5.1 合金元素占位研究54-65
• 5.1.1 模型和計算方法54-55
• 5.1.2 合金滲碳體結(jié)合能和形成能的第一性原理計算55-60
• 5.1.3 合金元素占位的實驗論證60-65
• 5.2 合金滲碳體力學性能各向異性的第一性原理計算65-69
• 5.2.1 單晶合金滲碳體的彈性常數(shù)65-68
• 5.2.2 多晶合金滲碳體的彈性模量68-69
• 5.3 本章小結(jié)69-71
• 第六章 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 結(jié)論71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻73-80
• 致謝80

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本文編號：749976