鋼鐵材料因其優(yōu)異的性能和低廉的成本,是目前應用最為廣泛的結構材料,如何提升其性能是近年來鋼鐵材料領域研究的熱點問題之一。眾所周知,鋼鐵材料中添加少量的稀土元素即可大幅度地提升其性能,但目前對其具體的作用機理缺乏微觀原子尺度上的認識。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了17種稀土元素摻雜對α-Fe的結構、穩(wěn)定性和力學性能的影響,此外還對目前稀土鋼中常見的Fe-Ce金屬間化合物的結構和性能進行了計算,為新型稀土鋼的研發(fā)提供一定的參考。固溶焓的計算結果表明,在0 K下所有的稀土元素均不能自發(fā)地固溶于α-Fe中,其中Sc元素的固溶能力相對最強,Pr元素的固溶能力相對最差。從結合能的計算結果可知,Ce元素摻雜后體系穩(wěn)定性相對最強,而Er和Yb元素摻雜后體系的穩(wěn)定性相對較差,表明在所有的Fe-RE化學鍵中Fe-Ce鍵最強,Fe-Er鍵和Fe-Yb鍵相對較弱。稀土元素摻雜對α-Fe力學性能的影響可從彈性和塑性兩個方面進行評估。首先根據(jù)應力-應變法對固溶體的單晶獨立彈性常數(shù)進行計算,在此基礎上根據(jù)V-R-H近似可得到其多晶彈性模量。計算結果表明,稀土元素摻雜均會降低α-Fe的彈性常數(shù)和彈性模... 

【文章來源】：河南理工大學河南省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

計算材料學中的典型模擬方法所對應的空間和時間尺度示意圖

（1）第一章介紹了研究的背景及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對稀土鋼的基本情況及本文的研究目的進行了基本的介紹。（2）第二章介紹了計算相關的理論基礎，主要介紹了密度泛函理論和計算所用到的一系列的近似，并對本文計算所用的 VASP 軟件進行了簡單的介紹。（3）第三章對稀土原子在 α-Fe 中的固溶情況進行了研究，主要從固溶焓和結合能兩個角度進行研究，并借助電子結構（態(tài)密度）進行了一定的分析。（4）第四章主要研究了稀土元素摻雜對 α-Fe 彈性性能的影響，計算了稀土元素摻雜對 α-Fe 彈性常數(shù)、彈性模量、延展性和脆韌性的影響。（5）第五章研究了稀土元素摻雜對 α-Fe 塑性變形的影響，塑性變形可由廣義層錯能進行表征，計算了稀土元素摻雜對廣義層錯能曲線的影響。（6）第六章對兩種 Fe-Ce 二元金屬間化合物 CeFe2和 Ce2Fe17的熱物性參數(shù)進行了計算。（7）第七章對全文進行了總結并對后序的工作進行了一定的展望。具體計算內(nèi)容的詳細流程圖如圖 1-2 所示。

圖 2-1 第一性原理從頭算原子贗勢方法示意圖 Schematic of first-principles ab initio pseudopotentia過第一性原理方法來進行構建，其基本思想用一個有效勢取代由原子核和芯電子造成的幾個方面的要求。其一，取代后價電子軌道該一致；其二，邊界處波函數(shù)及其一階微分，對贗勢原子和全電子原子在中心區(qū)內(nèi)的所綜上所述，贗勢必須滿足模守衡。Bachelet 等元素的模守恒贗勢，然而模守恒贗勢函數(shù)在周期表中第一周期元素和過渡族元素時往往。為了解決這個問題，Vanderbilt 進一步發(fā)展內(nèi)的電荷是由較硬的綴加函數(shù)和較軟的價態(tài)函數(shù)的標準，超軟贗勢能夠通過較少數(shù)量的


本文編號：3359028