Fe-Mn合金结构和性能的第一性原理研究
发布时间：2021-10-23 18:42
TWIP（Twinning Induced Plasticity）钢是在Fe-Mn合金的基础上添加合金元素,通过控制钢的层错能来控制变形过程中产生孪晶诱导塑性效应,使钢同时获得高强度和高塑性。对于TWIP钢以及Fe-Mn合金的研究报道多集中在实验领域,对于合金元素对TWIP钢基体的影响的更深层的原子、电子层面的探讨并未涉及。本文运用密度泛函理论研究计算了Mn、Cr、Ni元素对γ-Fe的影响,揭示Fe-Mn合金具有的特征;计算了Al、C元素对Fe-Mn合金层错能的影响,根据能带理论分析了合金元素对电子结构和晶体参数的影响;通过应力应变法研究了合金元素对Fe-Mn合金力学性能的影响。分析了合金元素的影响规律和作用机制,为钢的成分设计和理论研究提供依据。研究结果表明Mn元素含量增加,Fe-Mn合金层错能先减小后增大,同时降低体系总能,稳定合金结构。Cr元素能够降低层错能的同时降低体系总能,Ni元素提高层错能和体系总能。C元素能够升高Fe-25Mn合金的层错能,并增加合金结构的稳定性。高含量的Al元素能有效增加Fe-25Mn合金的层错能,但是Al会升高合金总能,不能稳定奥氏体。电子结构分析表明...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同成分体系TWIP钢变形前后的微观组织
晶体结构 材料 滑移系 滑移方向fcc γ-Fe，Cu，Al，Ni {1 1 1} <1 1 0>bccα-Fe {1 1 0}{1 1 2}{1 2 3}<1 1 1>Mo，Nb，Ta {1 1 0}hcpBe,Co,Mg,Zn,Cd {0 0 0 1} <1 1 2 0>Ti,Zr {1 0 1 0} <1 1 0>在 fcc 晶体中发生全位错整个过程往往能分解成两个肖克来不全位错完成。首整晶体沿着某一层（1 1 1）面上发射第一个不全位错，滑移形成内禀层错，然在同一原子层上发射第二个不全位错滑移消除内禀层错，使晶体又恢复为完整。完整晶体若只是完成第一个不全位错发生而不发射第二个，这产生的结构就垛层错；若在发生第一个不全位错的相邻原子层再发生第一个不全位错即在内错的相邻原子层发生一个外禀层错，这就是两层孪晶，以此类推可以产生多层。按照层错理论，单层层错可以视作单层孪晶。
图 1-3 层错能模型图[30]计算的方法现在主流由两种：嵌入原子法(EAM)和基于算方法。EAM 的基本思想是总势能可以表示为原子嵌之和。戎永华[31]等人用嵌入原子法计算了 Cu、Ag、A，并在此基础上进一步计算了 Fe-Mn 二元合金的层错 量 在 20%-50% 的 时 候 ， 层 错 能 的 关 系 呈 线a(Mn)%,这个结果与实验数据吻合较好。图 1-4 为用 E错能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-Mn系阻尼合金的研究进展[J]. 夏博,潘明明,王郁倩,张晓明. 热加工工艺. 2018(12)
[2]基于原子轨道基的实时密度泛函理论:方法及应用[J]. 关梦雪,廉超,孟胜. 物理学报. 2018(12)
[3]Fe-Mn-Si基形状记忆合金记忆效应的研究现状[J]. 林成新,徐凯池,张佳琪. 材料保护. 2016(S1)
[4]Tensile Deformation Behavior of Fe-Mn-Al-C Low Density Steels[J]. Xiao-feng ZHANG,Hao YANG,De-ping LENG,Long ZHANG,Zhen-yi HUANG,Guang CHEN. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(09)
[5]A singularity-based eigenfunction decomposition for Kohn-Sham equations[J]. ZHANG Xin,ZHOU Aihui. Science China（Mathematics）. 2016(08)
[6]Cr,Mo,Ni在γ-Fe（C）中的键合性质及对相结构稳定性的影响[J]. 王明军,李春福,文平,张凤春,王垚,刘恩佐. 物理学报. 2016(03)
[7]Ni对bcc-Fe/ε-Cu界面影响的第一性原理研究[J]. 王海燕,高雪云,任慧平,李德超,刘宗昌. 稀有金属. 2016(01)
[8]Fe-X（Mn,Si）合金稳定性和弹性性能的第一性原理研究[J]. 户秀萍,张彩丽,王小宏,张齐娜,董楠,韩培德. 太原理工大学学报. 2013(06)
[9]新型生物可降解Fe-30Mn-1C合金的性能研究[J]. 徐文利,陆喜,谭丽丽,杨柯. 金属学报. 2011(10)
[10]镍基合金广义层错能的第一性原理研究[J]. 温玉锋,孙坚,黄健,邢辉. 中国有色金属学报. 2011(07)
博士论文
[1]绝热近似理论在量子计算中的应用研究[D]. 张大剑.山东大学 2015
本文编号：3453697
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同成分体系TWIP钢变形前后的微观组织
晶体结构 材料 滑移系 滑移方向fcc γ-Fe，Cu，Al，Ni {1 1 1} <1 1 0>bccα-Fe {1 1 0}{1 1 2}{1 2 3}<1 1 1>Mo，Nb，Ta {1 1 0}hcpBe,Co,Mg,Zn,Cd {0 0 0 1} <1 1 2 0>Ti,Zr {1 0 1 0} <1 1 0>在 fcc 晶体中发生全位错整个过程往往能分解成两个肖克来不全位错完成。首整晶体沿着某一层（1 1 1）面上发射第一个不全位错，滑移形成内禀层错，然在同一原子层上发射第二个不全位错滑移消除内禀层错，使晶体又恢复为完整。完整晶体若只是完成第一个不全位错发生而不发射第二个，这产生的结构就垛层错；若在发生第一个不全位错的相邻原子层再发生第一个不全位错即在内错的相邻原子层发生一个外禀层错，这就是两层孪晶，以此类推可以产生多层。按照层错理论，单层层错可以视作单层孪晶。
图 1-3 层错能模型图[30]计算的方法现在主流由两种：嵌入原子法(EAM)和基于算方法。EAM 的基本思想是总势能可以表示为原子嵌之和。戎永华[31]等人用嵌入原子法计算了 Cu、Ag、A，并在此基础上进一步计算了 Fe-Mn 二元合金的层错 量 在 20%-50% 的 时 候 ， 层 错 能 的 关 系 呈 线a(Mn)%,这个结果与实验数据吻合较好。图 1-4 为用 E错能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-Mn系阻尼合金的研究进展[J]. 夏博,潘明明,王郁倩,张晓明. 热加工工艺. 2018(12)
[2]基于原子轨道基的实时密度泛函理论:方法及应用[J]. 关梦雪,廉超,孟胜. 物理学报. 2018(12)
[3]Fe-Mn-Si基形状记忆合金记忆效应的研究现状[J]. 林成新,徐凯池,张佳琪. 材料保护. 2016(S1)
[4]Tensile Deformation Behavior of Fe-Mn-Al-C Low Density Steels[J]. Xiao-feng ZHANG,Hao YANG,De-ping LENG,Long ZHANG,Zhen-yi HUANG,Guang CHEN. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(09)
[5]A singularity-based eigenfunction decomposition for Kohn-Sham equations[J]. ZHANG Xin,ZHOU Aihui. Science China（Mathematics）. 2016(08)
[6]Cr,Mo,Ni在γ-Fe（C）中的键合性质及对相结构稳定性的影响[J]. 王明军,李春福,文平,张凤春,王垚,刘恩佐. 物理学报. 2016(03)
[7]Ni对bcc-Fe/ε-Cu界面影响的第一性原理研究[J]. 王海燕,高雪云,任慧平,李德超,刘宗昌. 稀有金属. 2016(01)
[8]Fe-X（Mn,Si）合金稳定性和弹性性能的第一性原理研究[J]. 户秀萍,张彩丽,王小宏,张齐娜,董楠,韩培德. 太原理工大学学报. 2013(06)
[9]新型生物可降解Fe-30Mn-1C合金的性能研究[J]. 徐文利,陆喜,谭丽丽,杨柯. 金属学报. 2011(10)
[10]镍基合金广义层错能的第一性原理研究[J]. 温玉锋,孙坚,黄健,邢辉. 中国有色金属学报. 2011(07)
博士论文
[1]绝热近似理论在量子计算中的应用研究[D]. 张大剑.山东大学 2015
本文编号：3453697
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