抗磨鋼鐵材料中強化相的微結構計算與性質研究

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 抗磨鋼鐵材料概述 3
1.2.1 抗磨鋼鐵材料分類 1.2.2 強化相的種類與作用 5
1.3 抗磨鋼鐵中強化相的研究現狀及問題 7
1.4 計算材料學在抗磨鋼鐵研究中的應用 13
1.5 研究目的和意義 18
1.6 主要研究內容 19
第2章 實驗設計及計算方法 20
2.1 典型抗磨鋼鐵的制備 20
2.1.1 鑄態(tài)過共晶高鉻鑄鐵 20
2.1.2 高速鋼及其熱處理 20
2.1.3 純強化相的萃取方法 21
2.2 結構表征與性能測試 22
2.2.1 強化相的化學組成與配比 22
2.2.2 強化相的晶體結構表征 22
2.2.3 單晶衍射與結構解析 23
2.2.4 納米壓痕分析力學性質 23
2.2.5 其他分析表征手段 25
2.3 理論計算方法 25
2.3.1 電子結構與成鍵分析 25
2.3.2 結合能和形成焓 26
2.3.3 力學性質及各向異性27
2.3.4 準諧近似 30
2.3.5 準靜態(tài)近似 32
2.3.6 熱導率及各向異性 33
2.3.7 Bloch-Grüneisen 近似 34
2.3.8 相圖計算 34
第3章 抗磨鋼鐵中典型強化相的結構確定 36
3.1 過共晶高鉻鑄鐵中的強化相 36
3.1.1 強化相的組成與形貌 36
3.1.2 強化相晶體結構的實驗表征 37
3.2 鎢鉬系高速鋼中的強化相 40
3.2.1 W6高速鋼中強化相的晶體結構與化學組成 40
3.2.2 W18高速鋼中強化相的晶體結構與化學組成 44
3.3 本章小結 48
第4章 Fe-C相的結構與性能優(yōu)化 49
4.1 計算方法與參數 50
4.2 結構特征與晶胞參數 50
4.3 熱力學穩(wěn)定性 53
4.4 電子結構分析 55
4.5 力學性質及各向異性 59
4.6 熱學性質 68
4.6.1 熱膨脹 72
4.6.2 熱容 74
4.6.3 熱導率 76
4.6.4 電導率 77
4.7 本章小結 79
第5章 合金化對高鉻鑄鐵中M7C3相性能的影響 80
5.1 計算方法與參數 80
5.2 o-M7C3型碳化物 80
5.2.1 合金化對彈性模量與硬度的影響 81
5.2.2 熱膨脹系數的各向異性 83
5.2.3 合金化對高溫力學穩(wěn)定性的影響 84
5.2.4 熱導率的各向異性 86
5.2.5 電子結構特征 89
5.3 h-M7C3型碳化物 90
5.3.1 晶胞參數與原子構型 91
5.3.2 電子結構分析 94
5.3.3 合金化對力學各向異性的影響 96
5.3.4 多元合金化對熱學性質的影響 102
5.3.5 Cr含量對h-(Fe，Cr)7C3力學各向異性的影響 107
5.4 本章小結 108
第6章 鎢鉬系高速鋼中典型強化相的結構與性能 110
6.1 計算方法與參數 110
6.2 含有序碳空位的V-C二元相 110
6.2.1 晶體結構與穩(wěn)定性 111
6.2.2 電子結構特征 114
6.2.3 碳空位對力學性質的影響 115
6.2.4 碳空位對熱學性質的影響 123
6.2.5 碳空位對電學性質的影響 128
6.3 三元(Fe，M)6C(M=W/Mo)相的結構與性質 129
6.3.1 晶胞參數與原子構型 129
6.3.2 高溫力學性質 131
6.3.3 熱膨脹系數 134
6.4 四元(Fe，W，Mo)6C型固溶體相的結構與性質 135
6.4.1 晶體結構與參數 135
6.4.2 化學鍵布居數分析 137
6.4.3 力學性質優(yōu)化 139
6.5 本章小結 142
第7章 實驗驗證抗磨鋼鐵中強化相的性質 143
7.1 鎢對過共晶高鉻鑄鐵初生碳化物韌性的影響 143
7.2 過共晶高鉻鑄鐵初生碳化物力學各向異性 146
7.3 納米壓痕研究高速鋼中M6C相的力學性質 149
7.4 本章小結 151
第8章 結論 153
參考文獻 155
附錄 相關圖表 164