稳恒强磁场下钢中贝氏体相变和碳化物析出稳定性的热力学机制
发布时间：2020-12-24 21:43
强磁场下钢铁材料的相变已经成为现代钢铁材料研究的重点热点,而强磁场下相变组织成分变化和物理机制是探索强磁场对金属相变影响研究的重中之重。本文结合实验观察和理论计算研究了低温贝氏体相变的组织转变和热力学机制,探索磁场作用下的贝氏体相变过程中的碳扩散和碳分配。其中,本文主要根据实验数据建立了不同碳含量的贝氏体铁素体模型,结合第一性原理、魏氏分子场理论和相关的热力学数据,计算了磁自由能的变化,半定量分析了磁场下碳原子分配的热力学机制。同时,还研究了M23C6碳化物在磁场下提前析出的热力学稳定性。主要结论如下:（1）磁场作用下贝氏体铁素体的碳含量降低了。EPMA线扫和点扫实验分别定性和定量地测量了磁场下贝氏体铁素体碳含量的降低,且贝氏体铁素体的纳米硬度值的降低从侧面验证了这一实验结论。（2）贝氏体铁素体碳含量越低其结构越稳定。通过对根据实验数据建立的贝氏体铁素体的晶胞模型进行计算和分析,贝氏体铁素体碳含量越低其形成能越小,并且其晶胞结构变化率越小,表明其结构稳定性越好。（3）磁场作用下,贝氏体铁素体的磁矩增大。这是由于磁场诱导磁交换耦合的增加,而磁交...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe20Cr3C6中Cr1、Cr2和C原子周围的最近邻配位Fe原子形成稳定骨架的情况
武汉科技大学硕士论文54密度（黑色曲线）要大，如此，Fe23C6的自旋向上的态密度与自旋向下态密度的差值也变大了，说明Fe23C6的磁性大于Fe20Cr3C6的，Cr原子加入Fe23C6后，削弱了整体的磁性。图5.2(a)Fe20Cr3C6碳化物的TDOS图和各原子的PDOS图，(b)Fe20Cr3C6与Fe23C6的TDOS图对比
武汉科技大学硕士论文55图5.3Fe20Cr3C6碳化物各个原子轨道PDOS图，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别代表Cr1、Cr2、Fe3、Fe4和C原子的PDOS图由图5.3可以看出Cr原子和Fe原子的态密度主要由d轨道贡献，s，p轨道的贡献很校C原子的态密度的低能带（-14～-10.5eV）由2s轨道贡献，较高能带1（-8～-4eV）由2p轨道贡献，d轨道没有电子，故没有贡献。结合图5.2(a)可知，Fe20Cr3C6的态密度低能带（-14～-10.5eV）由C原子2s轨道贡献，Fe原子s，p轨道有微弱的贡献，较高能带1（-8～-4eV）主要由Fe原子3d轨道和C原子2p轨道贡献。C原子的2s轨道和Fe原子的3p轨道在低能带发生部分sp杂化，且C的2p轨道与Fe的3d轨道在较高能带1发生pd杂化，形成部分共价键。较高能带2（-4～0eV）则主要有Fe原子和Cr原子的3d轨道贡献，可以看出，Fe原子的态密度总体向上，而Cr原子的态密度总体向下，这导致了这两种原子磁矩方向相反。且在费米面附近（E=0eV）并没有出现能隙，说明Fe20Cr3C6是具有金属性的[83,84]。5.4M23C6碳化物的磁致磁性与磁致稳定性5.4.1M23C6碳化物的磁致磁性为了与其它几种碳化物进行比较，我们利用魏氏分子场理论对碳化物Fe2C、Fe3C、Fe23C6和Fe20Cr3C6的磁矩进行计算，得出磁矩随温度和磁场变化曲线。图5.4显示，温度为0K时的磁矩是各碳化物在基态时的平均原子磁矩，Fe2C、Fe3C、Fe23C6、Fe20Cr3C6的平均原子磁矩由VASP计算所得分别为1.07B、1.43B、1.58B、0.95B。对于所有碳化物，红色、蓝色、黑色曲线分别表示为12T、6
【参考文献】：
期刊论文
[1]受控热核聚变研究进展[J]. 杨青巍,丁玄同,严龙文,钟武律. 中国核电. 2019(05)
[2]合金碳化物（Fe,Mo）3C的磁性及磁致热力学性质[J]. 熊雨雷,侯廷平,李自华,林恒福,李钰,吴开明. 武汉科技大学学报. 2019(05)
[3]核聚变堆包层结构材料研究进展及展望[J]. 徐玉平,吕一鸣,周海山,罗广南. 材料导报. 2018(17)
[4]典型上、下贝氏体金相组织的制备[J]. 孙巧玲,渠亚男,韩涛洁. 九江学院学报(自然科学版). 2011(01)
[5]低碳贝氏体钢焊接接头力学性能及缺陷分析[J]. 张天会,闫沛军,徐人平. 焊接技术. 2010(04)
[6]磁场在金属固态相变中的应用[J]. 张快,李运刚,刘丽敏,丁宁. 钢铁研究. 2010(02)
[7]中国低活化马氏体钢CLAM研究进展[J]. 黄群英,李春京,李艳芬,刘少军,吴宜灿,李建刚,万发荣,巨新,单以银,郁金南,朱升云,张品源,杨建锋,韩福生,孔明光,李合琴,室贺健夫,长坂琢也. 核科学与工程. 2007(01)
[8]贝氏体相变简介[J]. 徐祖耀. 热处理. 2006(02)
[9]磁场、电场对金属材料热加工过程中组织和性能的影响[J]. 程兴德,王敏莉,张开坚,史庆南. 钢铁钒钛. 2005(03)
[10]强磁场对球墨铸铁退火处理的影响[J]. 吴存有,李廷举,温斌,金俊泽. 大连理工大学学报. 2004(04)
硕士论文
[1]低温贝氏体钢的力学性能及其强磁场下的相变[D]. 董宝奇.武汉科技大学 2019
[2]水冷磁体控制系统工程应用与实现[D]. 宋超.中国科学技术大学 2011
[3]电场作用下Cr12MoV钢超塑性固态焊接[D]. 岳云.河南科技大学 2010
本文编号：2936360
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe20Cr3C6中Cr1、Cr2和C原子周围的最近邻配位Fe原子形成稳定骨架的情况
武汉科技大学硕士论文54密度（黑色曲线）要大，如此，Fe23C6的自旋向上的态密度与自旋向下态密度的差值也变大了，说明Fe23C6的磁性大于Fe20Cr3C6的，Cr原子加入Fe23C6后，削弱了整体的磁性。图5.2(a)Fe20Cr3C6碳化物的TDOS图和各原子的PDOS图，(b)Fe20Cr3C6与Fe23C6的TDOS图对比
武汉科技大学硕士论文55图5.3Fe20Cr3C6碳化物各个原子轨道PDOS图，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别代表Cr1、Cr2、Fe3、Fe4和C原子的PDOS图由图5.3可以看出Cr原子和Fe原子的态密度主要由d轨道贡献，s，p轨道的贡献很校C原子的态密度的低能带（-14～-10.5eV）由2s轨道贡献，较高能带1（-8～-4eV）由2p轨道贡献，d轨道没有电子，故没有贡献。结合图5.2(a)可知，Fe20Cr3C6的态密度低能带（-14～-10.5eV）由C原子2s轨道贡献，Fe原子s，p轨道有微弱的贡献，较高能带1（-8～-4eV）主要由Fe原子3d轨道和C原子2p轨道贡献。C原子的2s轨道和Fe原子的3p轨道在低能带发生部分sp杂化，且C的2p轨道与Fe的3d轨道在较高能带1发生pd杂化，形成部分共价键。较高能带2（-4～0eV）则主要有Fe原子和Cr原子的3d轨道贡献，可以看出，Fe原子的态密度总体向上，而Cr原子的态密度总体向下，这导致了这两种原子磁矩方向相反。且在费米面附近（E=0eV）并没有出现能隙，说明Fe20Cr3C6是具有金属性的[83,84]。5.4M23C6碳化物的磁致磁性与磁致稳定性5.4.1M23C6碳化物的磁致磁性为了与其它几种碳化物进行比较，我们利用魏氏分子场理论对碳化物Fe2C、Fe3C、Fe23C6和Fe20Cr3C6的磁矩进行计算，得出磁矩随温度和磁场变化曲线。图5.4显示，温度为0K时的磁矩是各碳化物在基态时的平均原子磁矩，Fe2C、Fe3C、Fe23C6、Fe20Cr3C6的平均原子磁矩由VASP计算所得分别为1.07B、1.43B、1.58B、0.95B。对于所有碳化物，红色、蓝色、黑色曲线分别表示为12T、6
【参考文献】：
期刊论文
[1]受控热核聚变研究进展[J]. 杨青巍,丁玄同,严龙文,钟武律. 中国核电. 2019(05)
[2]合金碳化物（Fe,Mo）3C的磁性及磁致热力学性质[J]. 熊雨雷,侯廷平,李自华,林恒福,李钰,吴开明. 武汉科技大学学报. 2019(05)
[3]核聚变堆包层结构材料研究进展及展望[J]. 徐玉平,吕一鸣,周海山,罗广南. 材料导报. 2018(17)
[4]典型上、下贝氏体金相组织的制备[J]. 孙巧玲,渠亚男,韩涛洁. 九江学院学报(自然科学版). 2011(01)
[5]低碳贝氏体钢焊接接头力学性能及缺陷分析[J]. 张天会,闫沛军,徐人平. 焊接技术. 2010(04)
[6]磁场在金属固态相变中的应用[J]. 张快,李运刚,刘丽敏,丁宁. 钢铁研究. 2010(02)
[7]中国低活化马氏体钢CLAM研究进展[J]. 黄群英,李春京,李艳芬,刘少军,吴宜灿,李建刚,万发荣,巨新,单以银,郁金南,朱升云,张品源,杨建锋,韩福生,孔明光,李合琴,室贺健夫,长坂琢也. 核科学与工程. 2007(01)
[8]贝氏体相变简介[J]. 徐祖耀. 热处理. 2006(02)
[9]磁场、电场对金属材料热加工过程中组织和性能的影响[J]. 程兴德,王敏莉,张开坚,史庆南. 钢铁钒钛. 2005(03)
[10]强磁场对球墨铸铁退火处理的影响[J]. 吴存有,李廷举,温斌,金俊泽. 大连理工大学学报. 2004(04)
硕士论文
[1]低温贝氏体钢的力学性能及其强磁场下的相变[D]. 董宝奇.武汉科技大学 2019
[2]水冷磁体控制系统工程应用与实现[D]. 宋超.中国科学技术大学 2011
[3]电场作用下Cr12MoV钢超塑性固态焊接[D]. 岳云.河南科技大学 2010
本文编号：2936360
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