钢中碳化物析出及其界面行为的第一性原理研究

发布时间：2021-01-25 07:01

　　高强度低合金钢常添加少量的微合金元素,通过第二相颗粒的析出强化和晶粒细化以获得优异的强韧性。近年来,微合金钢中NbC、TiC等碳化物的析出及其细化晶粒行为已被广泛研究。然而,当前实验研究多侧重于宏观或介观尺度,而在微观原子/电子尺度上对碳化物析出行为的研究鲜有报道。第二相与钢基体界面上原子之间的相互作用是导致第二相析出及其强化的基础,而合金元素、Fe和C原子的大小、电子结构以及各元素空间点阵的差异是导致界面变化的根源,因而这些问题的研究对钢中碳化物的析出及其细化晶粒具有重要的意义。本文基于第一性原理计算结合实验的方法,首先研究了 Fe在碳氮化物析出相表面的吸附行为,以此阐明了 Fe在第二相颗粒表面异质形核初期的微观本质;通过分析NbC/TiN、NbC/TiC界面的性质,揭示了 NbC在TiN和TiC颗粒上异质形核机理。其次,研究了界面上不同的合金元素对铁素体在TiC和NbC析出相上异质形核潜力的影响。最后通过密度泛函理论模拟结合等温析出实验方法揭示了 Mo对铁素体中NbC析出和微观组织的影响,为实验上进一步改善碳化物的析出及其细化晶粒提供理论依据。得出的主要研究结果如下:（1）构建了 ... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２铁素体中ＴｉＣ和（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ的临界形核尺寸（ａ）和相应的形核速率（ｂ）??

蟛??飨缘匾种谱饔谩Ｎ馐ソ艿龋郏玻担热宋?危猓崳?溶质通过拖曳作用阻碍晶界运动，减小了晶界迁移率，并且发现低碳钢的再结晶??激活能与Ｎｂ质量分数的０．５次方成正比，如图１．３所示。Ｚａｒｇａｒａｎ等［２６］在Ｆｅ－??８Ａｌ－５Ｍｎ合金中加入一定量的Ｎｂ后会促进ＮｂＣ和Ｋ－ｃａｒｂｉｄｅ的形成，它们都能??抑制热轧过程的再结晶，但Ｋ－ｃａｒｂｉｄｅ还能够在接下来的冷乳和退火过程促进再??结晶，因此Ｆｅ－８Ａｌ－５Ｍｎ－０．ｌＮｂ－０．ｌＣ合金具有更细的晶粒组织和更好的机械性能，??如图１．４所示。??心１１｜???§?２５０＝?１９６＋３５９??Ｉ２０１，??４?．??１５０－??１００１＿，＿．＿．＿．＿，＿．＿，＿．＿

ＭＣ型碳化物的析出，虽然ＭｏＣ在奥氏体中具有较高的溶解度，但是在碳化物??刚开始析出时Ｍｏ容易分布在ＴｉＣ颗粒的外层因而也能够抑制碳化物的长大??（如图１．５所示），因此（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ能够有效地阻止奥氏体回复再结晶，从而有利??于维持高温下的变形结构。??＿圓画鼸：??ｇｒｏｗｔｈ?ｓｔａｇｅ?ｓｌｏｗ?ｃｏａｒｓｅｎｉｎｇ?ｓｔａｇｅ?ｆａｓｔ?ｃｏａｒｓｅｎｉｎｇ?ｓｔａｇｅ??图１．５奥氏体中析出的（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ颗粒的形貌演变原理图??Ｆｉｇ．?１．５．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?（Ｔｉ，?Ｍｏ）?Ｃ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??ｆｏｍｉｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?ａｕｓｔｅｎｉｔｅ?ｍａｔｒｉｘ??７??


本文编号：2998799