合金鋼的設(shè)計(jì)
含鈮合金鋼的設(shè)計(jì)
從材料學(xué)基本原理來看，只有選擇適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化方式，才能在獲得高強(qiáng)度同時(shí)也具有高韌性。高強(qiáng)度鋼的破壞形式，就是斷裂。為此，從晶界是材料的薄弱環(huán)節(jié)著眼，通過計(jì)算添加元素或雜質(zhì)元素原子在晶界表面的偏聚自由能來判斷和預(yù)測(cè)材料的韌脆性質(zhì)。
相結(jié)構(gòu)因子和界面結(jié)合因子在合金鋼設(shè)計(jì)中的應(yīng)用框圖
含鈮合金鋼的設(shè)計(jì)單位
國(guó)內(nèi)鋼鐵研究總院（CISRI）等單位，由宏觀和介觀合金設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)入微合金設(shè)計(jì)的領(lǐng)域，利用量子力學(xué)第一原理進(jìn)行微合金鋼的合金設(shè)計(jì)。相結(jié)構(gòu)因子和界面結(jié)合因子在合金設(shè)計(jì)中的應(yīng)用如上圖所示。
含鈮合金鋼的設(shè)計(jì)試驗(yàn)
試驗(yàn)探明了摻 P 和摻 N 的晶界，表面的偏聚能之差分別為 1.0.3eV 和-0.99eV,P 趨向于減弱晶界結(jié)合，促使晶界分離，是脆性元素；N 則增強(qiáng)晶界結(jié)合，是韌性元素，下圖為團(tuán)簇中間原子層的差分電荷密度。
通過團(tuán)簇中間原子層的差分電荷密度圖。差分電荷密度定義為摻雜晶界電荷密度與純晶界電荷密度和自由雜質(zhì)原子電荷密度之差，左為摻 P 晶界，右為摻 N 晶界。其中空心圓圈表示 Fe 原子，粗線表示得到電子，細(xì)線表示失去電子，線間隔為 0.007e/A3。
| 能量（eV） | 能量界 結(jié)合能 | 摻晶界 結(jié)合能 | 晶界質(zhì) 偏聚能 | 完整體 結(jié)合能 | 摻雜體 結(jié)合能 | 晶體雜質(zhì) 形成能 |
| 摻Nb | -382.50 | -389.60 | -7.10 | -453.73 | -458.21 | -4.48 |
| 摻V | -382.50 | -384.85 | -2.35 | -453.73 | -454.69 | -0.96 |
通過計(jì)算還得到了 Nb 和 V 在 fcc Fe 晶界的偏聚能，見上表。在奧氏體內(nèi)，Nb 既可存在于晶內(nèi)，也可存在于晶界，但會(huì)優(yōu)先占據(jù)晶界，V 也有擇優(yōu)在晶界上的趨勢(shì)，從能量的角度來看，將使奧氏體出現(xiàn)更多的界面。結(jié)果還表明 Nb 比 V 的細(xì)化效果更佳。這一方面的研究，使含鈮微合金鋼的開發(fā)建立在更扎實(shí)的理論基礎(chǔ)之上。
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全國(guó)生鐵、粗鋼和鋼材產(chǎn)量繼續(xù)增長(zhǎng)
2020-09-04
2020-09-04
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