徐攀攀 韩培德† 张竹霞 张彩丽 董楠 王剑

1) (太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 030024)

2) (太原理工大学航空航天学院, 晋中 030600)

基于第一性原理的密度泛函理论计算了B在fcc-Fe的∑3(112), ∑5(210), ∑5(310), ∑9(114), ∑9(221)和∑11(113)六种对称倾斜晶界的偏析行为, 从原子和电子层次揭示了B的偏析机制.结果表明: B更易偏析于∑5(210), ∑5(310)和∑9(114)晶界, 而在∑9(221), ∑3(112) 和∑11(113)晶界偏析的倾向较弱; B优先占据配位数最大、五面体或六面体构型的位置; 拉伸实验和Rice-Wang热力学模型计算表明, B在晶界的偏析可提高界面的结合能力; B在∑9(114)晶界偏析后电子结构引起局部电荷密度增加导致的化学效应优于结构变化带来的不利影响, B-p电子与Fe-s电子间的强相互作用提高了界面的结合能力.本研究结果对B优化奥氏体不锈钢界面结构具有一定指导作用.

1 引 言

B作为一种微合金化元素, 被称为钢中的维生素, 广泛应用于低合金高强钢、不锈钢和镍基合金等, 常被用来提高钢的淬透性[1-3]、增强中子吸收能力[4]、强化晶界、改善热塑性[5-8]等.B在钢中溶解度极低, 故添加量很少, 其有益的作用归因于B在奥氏体晶界的偏析, 如Takahashi等[9]利用原子探针层析成像技术(APT)分析了不同热处理状态下含Mo、B低碳钢中B在奥氏体晶界的偏析行为, 发现钢的淬透性主要由奥氏体晶界的B偏析总量决定.Li等[10]利用APT分析认为低碳合金钢中奥氏体晶界B的偏析与空位相关联.虽然APT技术具有很高的灵敏度、分辨率, 但过量添加B会形成硼化物, 导致B失效, 实际使用钢中由于硼含量很低, 且其分布区域……