渗碳体弹性模量各向异性研究

发布时间：2017-08-28 23:07

  本文关键词：渗碳体弹性模量各向异性研究

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【摘要】：大应变冷拔珠光体钢丝是世界上强度最高的钢铁材料,其形变和强化机理受到了国内外学者的广泛关注。渗碳体作为珠光体钢丝中重要的强化相,其性能、形状、分布以及在冷拉过程中的取向变化对拉拔后钢丝的性能有很大影响。传统理论认为,渗碳体属于脆性相,但大量的研究结果表明,在珠光体钢丝拉拔过程中渗碳体发生了塑性变形。因此,渗碳体的性能尤其是力学性能成为了研究的热点。本文将通过采用第一性原理计算的方法研究渗碳体相的力学特征,以及合金化对渗碳体相关力学性能的影响,并通过相应的实验设计验证模拟计算结果的合理性。第一性原理计算结果显示：渗碳体的单晶弹性常数C44极小,仅为C55(或C66)的七分之一,渗碳体具有强烈的弹性各向异性。采用电子背散射衍射(EBSD)和纳米压痕相结合方法测试了渗碳体不同晶向弹性模量值,并与第一性原理计算结果对比发现：能量法计算得到的弹性模量值随晶向的变化规律与实测的弹性模量值基本一致；应力应变法得到的弹性模量值与实测的弹性模量值规律差距较大。第一性原理计算获得的弹性模量其各向异性要大于实测弹性模量的各向异性。合金渗碳体结合能、形成能的第一性原理计算结果表明：Mn在渗碳体中8d占位键合最强,且更易形成合金渗碳体,计算结果与机械合金化+放电等离子烧结(SPS)制备的块状合金渗碳体XRD分析结果相吻合。随着Cr含量的增加,渗碳体相中Cr原子具有从8d占位逐渐转为4c占位的倾向。Fe_2MnC和Fe_2CrC合金渗碳体弹性模量计算结果表明：加入合金元素以后,渗碳体的弹性模量增大,且Fe_2MnC的弹性模量值大于Fe_2CrC。
【关键词】：渗碳体 弹性模量 弹性各向异性 第一性原理计算 合金元素占位
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG356.45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 本论文专业术语注释表6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 渗碳体的研究现状10-22
• 1.2.1 渗碳体的基础研究10-13
• 1.2.2 渗碳体的力学性能研究13-17
• 1.2.3 渗碳体其他性能研究17-18
• 1.2.4 合金元素对渗碳体性能的影响18-20
• 1.2.5 渗碳体的制备20-22
• 1.3 本课题研究背景与内容22-24
• 1.3.1 课题研究背景及意义22-23
• 1.3.2 课题研究内容23-24
• 第二章 第一性原理基础24-33
• 2.1 薛定谔方程24-29
• 2.1.1 Born-Oppenheimer近似25
• 2.1.2 单电子近似25-27
• 2.1.3 Kohn-Sham方程27-28
• 2.1.4 电子交换关联势28-29
• 2.2 第一性原理计算软件介绍29-31
• 2.2.1 常用赝势法软件30-31
• 2.2.2 VASP软件31
• 2.3 本章小结31-33
• 第三章 试验研究路线及方法33-41
• 3.1 研究路线33-34
• 3.2 试验材料及其制备34-36
• 3.3 材料微观结构分析36-40
• 3.3.1 电子背散射衍射分析(EBSD)36-38
• 3.3.2 扫描电镜显微分析(SEM)38-39
• 3.3.3 X射线衍射分析(XRD)39
• 3.3.4 透射电子显微分析(TEM)和能谱分析(EDS)39-40
• 3.4 材料性能表征40-41
• 第四章 渗碳体力学性能各向异性研究41-54
• 4.1 渗碳体晶体的第一性原理和计算41-48
• 4.1.1 模型和计算方法41-42
• 4.1.2 渗碳体的晶格常数42-43
• 4.1.3 单晶渗碳体的弹性常数43-47
• 4.1.4 渗碳体弹性模量的计算47-48
• 4.2 渗碳体力学性能各向异性的实验论证48-52
• 4.2.1 EBSD试验方案48-49
• 4.2.2 纳米压痕测试参数确定49-50
• 4.2.3 实测结果与计算结果对比50-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第五章 合金渗碳体力学性能各向异性研究54-71
• 5.1 合金元素占位研究54-65
• 5.1.1 模型和计算方法54-55
• 5.1.2 合金渗碳体结合能和形成能的第一性原理计算55-60
• 5.1.3 合金元素占位的实验论证60-65
• 5.2 合金渗碳体力学性能各向异性的第一性原理计算65-69
• 5.2.1 单晶合金渗碳体的弹性常数65-68
• 5.2.2 多晶合金渗碳体的弹性模量68-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-80
• 致谢80

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本文编号：749976