熊辉辉刘昭 张恒华 周阳 俞园

1)(上海大学材料科学与工程学院,上海 200072)

2)(江西理工大学冶金与化学工程学院,赣州 341000)

合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究∗

熊辉辉1)2)†刘昭1)张恒华1)周阳2)俞园2)

1)(上海大学材料科学与工程学院,上海 200072)

2)(江西理工大学冶金与化学工程学院,赣州 341000)

(2017年3月30日收到;2017年5月1日收到修改稿)

为了探索不同合金元素对NbC异质形核的影响,本文利用第一性原理研究了合金元素X(X=Cr,Mn,Mo,W,Zr,V,Ti,Cu和Ni)对ferrite(100)/NbC(100)界面性质的影响,并且分析了上述合金元素掺杂前后界面的黏附功、界面能和电子结构.研究结果表明,Cr,V和Ti掺杂的界面具有负的偏聚能,说明它们容易偏聚到ferrite/NbC界面,但Mn,W,Mo,Zr,Cu和Ni却难以偏聚到此界面.当Mn,Zr,Cu和Ni取代界面处的Fe原子后,界面的黏附强度降低,即这些合金减弱铁素体在NbC上的形核能力.然而Cr,W,Mo,V和Ti引入界面后,其黏附功比掺杂前的界面要大,且界面能均降低,即提高了界面的稳定性.因此,W,Mo,V和Ti,尤其是Cr,能够有效地促进铁素体形核和细化晶粒.电子结构分析表明,Zr和Cu引入界面后,界面处的Zr,Cu原子和C原子的相互作用变弱;然而Cr和W引入界面后,Cr,W和C原子之间形成了很强的非极性共价键,提高了ferrite/NbC界面的结合强度.

合金元素,异质形核,NbC,第一性原理

1 引 言

微合金钢中碳(氮)化物的析出对高强度低合金(HSLA)钢的强韧性具有较大的影响.从强化机制上来看,析出强化和位错强化均对韧性不利,细化晶粒是惟一能够同时提高强度和韧性的有效手段.其中,含Nb微合金钢在热轧……