合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究

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熊辉辉, 刘昭, 张恒华, 周阳, 俞园. 2017: 合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究, 物理学报, 66(16): 316-323. doi: 10.7498/aps.66.168101
引用本文: 熊辉辉, 刘昭, 张恒华, 周阳, 俞园. 2017: 合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究, 物理学报, 66(16): 316-323. doi: 10.7498/aps.66.168101
Xiong Hui-Hui, Liu Zhao, Zhang Heng-Hua, Zhou Yang, Yu Yuan. 2017: First-principles calculation of influence of alloying elements on NbC heterogeneous nucleation in steel, Acta Physica Sinica, 66(16): 316-323. doi: 10.7498/aps.66.168101
Citation: Xiong Hui-Hui, Liu Zhao, Zhang Heng-Hua, Zhou Yang, Yu Yuan. 2017: First-principles calculation of influence of alloying elements on NbC heterogeneous nucleation in steel, Acta Physica Sinica, 66(16): 316-323. doi: 10.7498/aps.66.168101

合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究

First-principles calculation of influence of alloying elements on NbC heterogeneous nucleation in steel

  • 摘要: 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.
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出版历程

合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究

  • 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200072;江西理工大学冶金与化学工程学院, 赣州 341000
  • 上海大学材料科学与工程学院,上海,200072
  • 江西理工大学冶金与化学工程学院,赣州,341000

摘要: 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.

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