稀土掺杂Tarkall-C合金多尺度设计及计算

发布时间：2020-09-07 12:22

　　为研制应用于船用低速机缸套的新型铸铁材料,提出多尺度设计稀土掺杂Tarkall-C合金,使其符合设计使用要求。本文主要使用多尺度模拟方法,从第一性原理计算及有限元模拟两个方面,对稀土掺杂Tarkall-C合金进行了研究。从第一性原理的角度,从量子尺度研究了稀土掺杂对Tarkall-C合金中渗碳体、铁素体的晶格结构、态密度、弹性模量造成的影响。在有限元模拟角度,建立了预测稀土掺杂Tarkall-C合金的显微组织二维理论模型,并对其力学性能进行了预测。同时对制备的稀土掺杂Tarkall-C合金进行了表征。本文计算了渗碳体及合金渗碳体、铁素体及合金铁素体晶格结构,计算结果表明稀土元素掺杂对渗碳体和铁素体的晶格结构有较大的影响。从宏观层面上看晶格结构的改变意味着较大的晶格畸变的产生,会在材料基体中产生较多的位错、空位等缺陷,对材料的力学性能产生较大的影响。同时通过对能量、态密度、弹性性质等方面的计算分析稀土元素掺杂过程的分配行为,并且对稀土原子掺杂形成合金渗碳体的种类进行分析。建立了Tarkall-C合金的理论模型,并且预测了稀土掺杂量为0%和0.1%的Tarkall-C合金的弹性模量及剪切模量。根据有限元模拟的结果分析了材料摩擦过程中裂纹及损伤产生的显微组织机理,分析了材料摩擦过程中的疲劳损伤和裂纹产生的位置,以及摩擦过程中较硬的珠光体相和渗碳体相更容易脱落。制备了稀土掺杂Tarkall-C合金试样并且进行了力学性能测试,得到具有良好性能的稀土掺杂Tarkall-C合金。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG143
【部分图文】：

蠕虫状石墨,三维形态

C 原子朝着形成石墨的方向进行。通过控制浇注温厚等可以控制冷却的快慢。同时，过热和高温静置是一种变态型石墨。在光学显微镜下观察，蠕虫状石墨和球状石墨之间，属于过渡形态的石墨。蠕虫状石显大于球状石墨，一般为 2~10，侧面弯曲角度各异蠕虫状石墨周围同时还存在着大量的点状石墨，球处甚至存在开花状石墨。单单了解蠕虫状石墨的二维石墨的三维空间特征后，才能对蠕虫状石墨的形态做形貌有如下特征：（1）蠕虫状石墨在每个共晶团内都墨那样存在分枝。（2）所有蠕虫状石墨的侧面都是高显的螺旋位错生长特征。（3）端部圆钝，呈圆弧状微镜下观察到的球状石墨，有一部分不一定就是石或分枝上某一局部的截面[38]。

结构理论模型,渗碳体

中可以作为晶体长大的核心，成为形核过程中渗碳体不受硝酸酒精溶液的腐蚀，在金相显微味酸钠对铸铁组织进行腐蚀，可以在显微镜下织具有很多种存在形态，在钢和铸铁中与其他形成的珠光体是铸铁中最主要的相，渗碳体则的性能有很大的影响。同时 Fe3C 又是一种亚公式所示的分解反应：Fe3C→3Fe+C，所分解体以和铁素体形成的珠光体层片状组织出现在，其结构和数量分部对于铸铁组织的硬度、脆渗碳体会与其他金属元素或非金属元素形成固的原子可以置换渗碳体中的 C 原子；而其他金成置换固溶体，成为改变铸铁组织和性能特征的

模拟方法,尺度,硕士学位论文,时间积分

哈尔滨工程大学硕士学位论文 DD 模拟提供反映应变硬化过程，必须能够达到实验值即（> 10％）的塑性用于 3D DD 模拟的高级时间积分算法。并且评估了高级算法在大规模 D能。4）宏观尺度：宏观尺度上材料的结构可以视作是连续介质处理，连续场质的过程中起到了决定性的作用。宏观尺度的数量级约为 10-2m，即 m尺度上，主要应用的模拟方法为有限元法。

【参考文献】