本文關(guān)鍵詞：高速鋼中氮化物硬質(zhì)相的力學(xué)性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)研究

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【摘要】：高速鋼具有高的硬度、耐磨性、高耐熱性以及良好的強(qiáng)韌性配合,目前主要用來(lái)制造復(fù)雜的薄刃、耐沖擊的金屬切削刀具、高溫軸承和冷擠壓模具等方面。高速鋼中的合金硬質(zhì)相主要為碳化物、氮化物和硼化物,由于這些硬質(zhì)相含量較少,采用實(shí)驗(yàn)方法難以制備,并且關(guān)于氮化物的研究也較少。因此,本論文通過第一性原理計(jì)算結(jié)合半經(jīng)驗(yàn)理論,主要對(duì)高速鋼中硬質(zhì)相二元氮化物MN. M2N Mn-N以及三元碳氮化物M2CN硬質(zhì)相進(jìn)行了深入的理論研究,得到了這些氮化物的力學(xué)性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu),為設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)合成材料提供理論指導(dǎo),獲得了以下研究結(jié)果：高速鋼中氮化物硬質(zhì)相的結(jié)合能與形成焓的值是都是負(fù)的,表明這些氮化物具有高的熱力學(xué)穩(wěn)定性；通過應(yīng)力-應(yīng)變的方法獲得了氮化物硬質(zhì)相的彈性常數(shù),根據(jù)彈性常數(shù)滿足力學(xué)穩(wěn)定性條件來(lái)判斷其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,結(jié)果表明除了Mn3N2化合物,其余氮化物都具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。利用得到的彈性常數(shù)通過計(jì)算獲得了氮化物的體模量(B)、剪切模量(G)、楊氏模量(E)與泊松比,通過B/G或泊松比來(lái)說明氮化物的脆性與韌性。MN(M=Ti, V, Zr, Nb和Ta)氮化物的泊松比范圍在0.13-0.17,表明其偏脆性：M2N(M=Cr, V, Nb和Ta)氮化物的泊松比范圍在0.26-0.31,表明其韌性較好,體現(xiàn)了金屬特性；Mn4N的泊松比0.16,表明其偏脆性；Mn2No.86和MnN的泊松比分別為0.36和0.27,表明其韌性較好。三元碳氮化物M2CN(M=Ti, V, Zr,Nb, Hf和Ta)同主族元素的剪切模量值與硬度值的相同大小順序?yàn)椋篢i2CNZr2CNHf2CN和V2CNNb2CNTa2CN。除了Ta2CN化合物,其余的三元化合物偏脆性。氮化物的力學(xué)各向異性表明其楊氏模量的各向異性要強(qiáng)于體模量的各向異性,并且三元體系中第ⅤB族金屬元素所對(duì)應(yīng)的碳氮化物楊氏模量的各向異性強(qiáng)于第ⅣB族金屬元素所對(duì)應(yīng)的碳氮化物。M2N、Mn-N, M2CN氮化物的電子態(tài)密度分析結(jié)果表明,上述氮化物的化學(xué)鍵是金屬鍵與共價(jià)鍵的結(jié)合,靠近費(fèi)米能級(jí)時(shí)發(fā)生pd雜化；Mulliken方法分析重疊布居也表明上述氮化物中既有金屬鍵,又有共價(jià)鍵。
【關(guān)鍵詞】：高速鋼 氮化物 第一性原理 力學(xué)性質(zhì) 電子結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG142.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 高速鋼的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2 高速鋼中硬質(zhì)相及其特點(diǎn)13-15
• 1.3 第一性原理15-16
• 1.4 本課題的選題背景與意義16-17
• 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容17-19
• 第二章 計(jì)算軟件與方法19-23
• 2.1 穩(wěn)定性19-20
• 2.2 電子態(tài)密度20
• 2.3 布居分析20
• 2.4 硬度20-21
• 2.5 彈性常數(shù)及模量21-22
• 2.6 德拜溫度22-23
• 第三章 NaCl型金屬氮化物MN(M=Ti,V,Zr,Nb和Ta)的力學(xué)性質(zhì)23-33
• 3.1 計(jì)算模型與參數(shù)設(shè)置23-24
• 3.2 結(jié)合能與形成焓24-26
• 3.3 力學(xué)性質(zhì)26-30
• 3.3.1 彈性常數(shù)26
• 3.3.2 力學(xué)模量26-29
• 3.3.3 度29-30
• 3.4 德拜溫度30-31
• 3.5 本章小結(jié)31-33
• 第四章 金屬氮化物M_2N(M=Cr,V,Nb和Ta)的力學(xué)性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)33-45
• 4.1 計(jì)算模型與參數(shù)設(shè)置33-36
• 4.2 穩(wěn)定性36-37
• 4.3 電子態(tài)密度37-38
• 4.4 力學(xué)性質(zhì)38-43
• 4.4.1 彈性常數(shù)38-39
• 4.4.2 力學(xué)模量39-40
• 4.4.3 力學(xué)的各向異性40-43
• 4.5 本章小結(jié)43-45
• 第五章 Mn-N體系化合物的力學(xué)性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)45-59
• 5.1 計(jì)算模型與參數(shù)設(shè)置45-48
• 5.2 穩(wěn)定性48
• 5.3 電子結(jié)構(gòu)48-51
• 5.3.1 電子態(tài)密度49-50
• 5.3.2 布居分析50-51
• 5.4 力學(xué)性質(zhì)51-56
• 5.4.1 彈性常數(shù)51-52
• 5.4.2 力學(xué)模量及泊松比52-53
• 5.4.3 硬度53
• 5.4.4 力學(xué)的各向異性53-56
• 5.5 聲速的各向異性56-57
• 5.6 本章小結(jié)57-59
• 第六章 三元體系M_2CN(M=Ti,V,Z r,Nb,Hf和Ta)的力學(xué)性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)59-75
• 6.1 計(jì)算模型與參數(shù)設(shè)置59-60
• 6.2 結(jié)合能與形成焓60-61
• 6.3 電子結(jié)構(gòu)61-65
• 6.3.1 電子態(tài)密度61-63
• 6.3.2 布居分析63-65
• 6.4 力學(xué)性質(zhì)65-71
• 6.4.1 彈性常數(shù)65
• 6.4.2 力學(xué)模量及泊松比65-66
• 6.4.3 硬度66-67
• 6.4.4 力學(xué)各向異性67-71
• 6.5 德拜溫度71-72
• 6.6 本章小結(jié)72-75
• 第七章 總結(jié)與展望75-77
• 7.1 總結(jié)75-76
• 7.2 展望76-77
• 致謝77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 附錄A 碩士期間發(fā)表的主要論文85-87
• 附錄B 碩士期間獲得的主要獎(jiǎng)勵(lì)87

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 韓孝永;;鈮、釩、鈦在微合金鋼中的作用[J];寬厚板;2006年01期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉洋賑;高速鋼中若干不同化學(xué)計(jì)量比M-C化合物性質(zhì)研究[D];昆明理工大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：999334