高速钢中若干不同化学计量比M-C化合物性质研究

发布时间：2017-09-09 19:47

  本文关键词：高速钢中若干不同化学计量比M-C化合物性质研究

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【摘要】：高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢,同时其工艺性能好,强度和韧性配合好等优点。而本文主要通过第一性原理计算结合半经验理论,对当前高速钢中MC(M=Ti,V,Zr,Nb,Hf,Ta,Mo,W),M2C(M=Mo,W),M3C(M=Cr, Mn,Fe,Co,Ni)以及M23C6(M=Cr,Mn,Fe,Mo,W)硬质相进行了较深入的理论研究,得到了这些化合物的结构特征,通过构建这些化合物的晶体结构后通过计算得到其基本的力学性质与电子结构。 通过计算表征热力学稳定性的两个参数：结合能与形成焓,结果表明所有研究的MC,M2C,M3C和M23C6化合物硬质相都热力学稳定。这也就说明这些化合物在实验阶段相对而言更易于制备。此外,计算得到的结果与相应的实验结果有较好的吻合。 计算获得了MC,M2C,M3C和M23C6化合物硬质相的力学性质,首先通过应力-应变的方法获得了这些化合物的弹性常数,根据所得弹性常数通过Voigt-Reuss-Hill近似即可得到化合物的模量值,其包括有体模量、剪切模量、杨氏模量及泊松比。其中MC化合物的体模量范围为217.5-294.OGPa,剪切模量范围为150.3-205.7GPa,泊松比范围为0.173-0.239。且这些化合物的硬度值都低于30GPa.M2C化合物的体模量范围为289.3-336.3GPa,剪切模量范围为149.1-190.6GPa,泊松比范围为0.26-0.29.M3C化合物的体模量变化范围为199.0-320.2GPa,剪切模量变化范围为71.0-150.6GPa.根据体模量与剪切模量的比值(B/G)知这些化合物都是韧性较好的。M23C6化合物的体模量变化范围为301.0-339.6GPa,剪切模量变化范围为126.9-163.7GPa.且可知经掺杂铬,钼和钨化合物得到的模量值都大于未掺杂的化合物。此外,还讨论了M2C和M3C化合物的力学各向异性及声速各向异性,结果表明化合物的杨氏模量的各向异性要强于体模量的各向异性。同时研究了M23C6化合物的力学各向异性,结果表明化合物Fe23C6的杨氏模量的各向异性要强于其它化合物的杨氏模量各向异性。 对这些化合物的电子结构研究表明MC,M3C和M23C6化合物的化学键组成都为金属键与共价键的混合键。
【关键词】：高速钢 第一性原理 热力学稳定性 力学性质 电子结构
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG142.45;TG115.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 前言10-12
• 1.2 钢材的特点及性能12-13
• 1.3 国内外高速钢的研究现状13-17
• 1.4 第一性原理17-18
• 1.5 本课题研究的目的和意义18-19
• 1.6 课题研究的主要内容19-20
• 第二章 计算方法20-24
• 2.1 结合能与生成焓20-21
• 2.2 电子结构计算理论21
• 2.3 价键布居计算21
• 2.4 本征硬度21-22
• 2.5 弹性常数及模量22-23
• 2.6 德拜温度23-24
• 第三章 MC化合物的热力学性质与力学性质24-36
• 3.1 引言24-25
• 3.2 计算方法及其细节25-26
• 3.3 稳定性26-27
• 3.4 弹性常数及其模量27-31
• 3.5 Mulliken布居分析31-32
• 3.6 德拜温度32-33
• 3.7 本征硬度33-35
• 3.8 本章小结35-36
• 第四章 M_2C(M=Mo,W)化合物的结构性能与力学性质36-46
• 4.1 引言36-37
• 4.2 计算方法37-38
• 4.3 结构性能38
• 4.4 力学性质38-44
• 4.5 德拜温度44
• 4.6 本章小结44-46
• 第五章 M_3C化合物的电子结构与力学性质46-62
• 5.1 引言46-47
• 5.2 计算参数选择47-48
• 5.3 晶格参数及稳定性48-49
• 5.4 力学性质49-52
• 5.5 力学性质的各向异性52-56
• 5.6 声速的各向异性56-57
• 5.7 电子结构57-60
• 5.8 本章小结60-62
• 第六章 M_(23)C_6化合物的力学性质与化学键特性62-74
• 6.1 引言62-63
• 6.2 研究方法63-64
• 6.3 结合能与形成焓64-66
• 6.4 力学性质66-69
• 6.4.1 弹性常数及其模量66-67
• 6.4.2 力学各向异性67-69
• 6.5 电子结构69-72
• 6.6 本章小结72-74
• 第七章 结论与展望74-76
• 7.1 结论74-75
• 7.2 展望75-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-84
• 附录1 硕士期间获得的主要奖励84-86
• 附录2 硕士期间发表的主要论文86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：822438