奥氏体不锈钢层错能的理论资料.docVIP

学号：1205101032 计算机在材料中的应用 奥氏体不锈钢层错能的理论研究 姓名： 徐 敏 专业：材料科学与工程 二〇-六年-月 摘要 层错能是材料塑性变形中的重要本征参数，对材料的脆性-韧性转变有着重要影响。常温下材料最常见的两种塑性变形方式是位错滑移和孪生，位错的滑移和孪生导致了滑移带和孪晶的产生。虽然滑移带和孪晶引起晶格的畸变量较小，但是层错能的高低，尤其是本征层错能(γisf)和非稳定层错能(γus)，却影响着位错的形核、运动、束集、交滑移和分解。降低材料的层错能有利于进-步激发位错的滑移和孪生，从而改善材料的力学性能。 N和Ni是奥氏体不锈钢中主要的合金化元素，对不锈钢的组织、性能有着重要影响。尽管实验上己有不锈钢γisf的值，但是测量过程对实验设备要求很高，并且只能获得γisf，且实验测得的γisf偏差较大。而计算材料科学的发展刚好弥补了实验上的不足，目前已经成功应用于A1、Fe、Cu、Ni等材料的层错能的研究。 本论文采用基于密度泛函理论的第-性原理，从原子层次上研究了Ni对奥氏体不锈钢层错能的影响。主要研究内容如下: （1）研究了Ni对奥氏体不锈钢稳定性的影响。结果表明Ni固溶后都能够提高奥氏体不锈钢的稳定性，Ni的占位对于奥氏体不锈钢的稳定性影响不明显。 从电子层次上探索了Ni对于奥氏体不锈钢的影响:Ni固溶于奥氏体不锈钢后改善了Fe和Cr原子周围的电荷分布，加强了Cr原子和Fe原子之间的成键能力 （3）研究了Ni对奥氏体不锈钢γus、γisf的影响:Ni含量的增加，提高了位错滑移所需克服的势垒，增加了位错滑移的难度 关键词:奥氏体不锈钢，层错能，镍，第-性原理 1.Cr在奥氏体不锈钢中的作用 Cr是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素，奥氏体不锈钢耐蚀性的获得主要是由于Cr促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果，但是不锈钢中的Cr含量高于12%时其耐腐蚀能力才比较优越，因此不锈钢中的Cr含量都大于12%。C:的耐蚀性主要表现为:Cr提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能，在Ni以及Mo和Cu复合作用下Cr提高不锈钢耐某些还原性介质如有机酸，尿素和碱介质的腐蚀性能；Cr还提高钢耐局部腐蚀性能，比如晶间腐蚀、点腐蚀。缝隙腐蚀等。图1-2是钢中的Cr含量对耐硝酸(32%)腐蚀性能的影响。 图1-2Cr含量对钢耐硝酸(32%)腐蚀性能的影响[1]. 同时Cr还是稳定和扩大铁素体组织的元素，随着Cr的增加奥氏体不锈钢中可能出现铁素体组织，为了获得单-的奥氏体不锈钢，-般要求不锈钢中的Ni含量不能低于8%，常见的18-8是Cr-Ni配比最合适的不锈钢。 2.Ni在奥氏体不锈钢中的作用 Ni对于奥氏体不锈钢的力学性能的影响主要表现在对奥氏体组织稳定性的影响方面。在可能发生马氏体相变的Ni含量范围内，随着Ni的增加，钢的强度降低而塑性提高，韧性优良，因而常作为低温钢使用。图1-3所示Ni的固溶可以改善不锈钢的韧性。Ni还能有效改善不锈钢的冷加工硬化倾向，提高了冷加工成型能力，这主要是由于Ni的增加提高了奥氏体组织的稳定性，减少了马氏体的生成。在奥氏体不锈钢中Ni的固溶提高了不锈钢的热力学稳定性，使不锈钢具有更好的不锈性和耐腐蚀能力，是提高奥氏体不锈钢耐许多介质穿晶腐蚀的唯-重要元素。 图1-3Ni对奥氏体不锈钢室温和低温力学性能影响[1] 3.N在奥氏体不锈钢中的作用 N和Ni-样是稳定和扩大奥氏体的元素，它形成奥氏体的能力要比C的强，因此N可以部分的替代Ni用在对钢铁力学性能要求不太高的领域。N在奥氏体不锈钢中能够抑制马氏体的产生，使组织更为单纯。N作为间隙原子固溶在不锈钢中能够对基体产生很好的固溶强化作用显著提高不锈钢的强度，实验表明(图1-4)每加入0.1%的N可使奥氏体不锈钢的室温强度提高约60-100MPa，但是N在提高不锈钢强度的同时对于塑韧性的影响并不明显。图中G。:和Qb为屈服强度和抗拉强度，6和甲为伸长率和断面收缩率。N还能够提高不锈钢的耐腐蚀性能尤其是点腐蚀和缝隙腐蚀非常显著，研究表明N能够强化Cr，Mo等元素在不锈钢中的耐蚀作用，而Cr，Mo的存在是改善不锈钢耐蚀性的前提。N还可降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向，这主要是由于奥氏体稳定性增大以至消除了冷加工过程中的马氏体转变。 图1-4N对00Cr9Ni10钢室温力学性能的影响[1] 4.MO在奥氏体不锈钢中的作用 当奥氏体不锈钢无金属间化合物析出时Mo的加入对其室温下的力学性能影响不大。但是Mo能够提高钢的高温强度，因此含MO不锈钢也常作为高温钢使用。然而MO的加入使得不锈钢高