Fe-Mn-Si基形状记忆合金中FCC相的电子结构与稳定性

利用基于第一原理的离散变分法研究了Fe-Mn-Si合金的电子结构与FCC相稳定性的关系. Si元素使Fe原子的d带空穴数减少, 而Mn的影响较复杂. 以此为基础, 从电子浓度的角度解释了这两种元素对合金层错能的影响, 并结合对合金结合能的计算结果—— Si降低合金的结合能而Mn的作用相反, 阐述了Mn降低而Si升高马氏体相变温度的物理原因. 在不同方向上施加应力时, 合金的电子结构发生变化, Fermi能级处的总态密度有明显提高. 从Fermi能级附近的能谱变化可看出, 应变使能隙减小, 能级的简并性提高. 在同一方向上施以不同的应变, 中心原子的3d和4s轨道上的电子数减少, 3d局域态密度变窄, 且峰值增加. 对比电子密度的变化, 在应力方向上的成键轨道有减弱的趋势, 而在垂直于应力的方向上出现增强, 导致FCC结构的稳定性降低. 这是外场(应力)作用下合金的马氏体相变温度提高的重要原因.     

一种球墨铸铁疲劳断面的定量研究

本文研究了一种球墨铸铁(QT60-2)的疲劳断面。指出,除△K=62.9公斤/毫米~(3/2)外,在其他所有△K值范围内, 宏观裂纹扩展速率(dl/dN)与疲劳纹间距(S)之间,不存在对应关系。断口金相观察初步证明,石墨球的解理或脱开及主裂纹前端由于石墨球(它相当于显微空洞)的存在而加剧的三向应力,使基体除疲劳断裂外,在局部微小区域内,还出现了解理或微坑型断裂。这是导致它即使在相当低的宏观扩展速率范围内,dl/dN就大于S的重要原因。作者们还初步求得宏观扩展速率(dl/dN)与疲劳纹间距(S)的关系式如下: dl/dN=3.18×10~(-5)(△K)~(2.50)S     

γFe—N合金中N—Fe的交互作用

利用基于第一原理的离散变分法（DVM）计算了γFe-N合金的电子结构,分析了N-Fe间的交互作用。计算得到间隙N分别与周围不同近邻的4种Fe原子的平均键级,通过比较它们随点阵畸变化后发现,N-Fe（1）的键级大于另外3种键级,说明γFe-N合金中N与置换原子的交互作用主要集中在N与最近邻原子之间。并结合态密度、价轨的电子占据数和电子密度对其进行了综合分析。     

Fe-Mn-Si基合金中马氏体相变的Landau理论

结合Fe-Mn-Si合金中马氏体的相变特点提出一种新的序参量－－层错密度，相应建立了马氏体相变的Landau理论。利用这种理论对现有的马氏体相变机制进行了合理的解释，并加以推论，提出一种更为细致的相变机制：层错由不规则堆垛到一种规则堆垛，再经过不规则阶段进行到另外一种规则堆垛，如此循环下去，直到某一温度下的稳定结构，这种机制明确地描述了马氏体的形核及其转变过程，界面可作为孤立子来进行考虑，并将它同序参量联系起来，界面孤立子的作用是完成马氏体不同类型的转变，其运动速度可以借助层错密度的变化率来表达，利用这一序参量合理解释了训练和外界应力对相应点的影响原因，训练改变了层错的堆垛周期，层错密度增加，相变点升高；外界应力使相变点提高，基于这种自由能函数，建立了母相到过渡相的相变热力学，以及过渡相间的转化热力学。     

γ（fcc）→ε（hcp）马氏体相变切变角的原子力显微镜测定方法

建立了一种测量γ(fcc)→ε(hcp)马氏体相变切变角的方法.运用Thompson四面体和几何模型推导出马氏体变体的迹线方向,通过计算求得相变浮凸角与真实切变角的对应关系.应用原子力显微镜(AFM)测量了Fe-30％Mn-6％Si合金应力诱发马氏体相变的浮凸角.文中两个实例计算结果分别为17.85°和21.10°,与理论值19.47°相比误差小于2°,表明该方法具有精度较高、操作简单的特点.     

FeMnSi基形状记忆合金在水溶液中的电化学腐蚀

在 Fe Mn Si基形状记忆合金中加入 N,能强化基体 ,改善其形状回复率 ,同时有可能提高抗腐蚀性能 .采用浸泡试验和慢线性电位扫描法测量阳极极化曲线等方法 ,以 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢为参照 ,研究了 Fe Mn Si、Fe Mn Si Cr、Fe Mn Si Cr N等合金在 Na Cl(w=3 .5 % )、Na OH(3 mol/L )、HCl(1 mol/L)溶液中的电化学腐蚀行为 .结果表明 :在 Na Cl和 HCl溶液中 ,Fe Mn Si Cr N的抗腐蚀性能较好 ,但不如 1 Cr1 8Ni9Ti;Na OH溶液中 ,Fe Mn Si三元合金会发生钝化 ,且有很宽的钝化区 ,因此有很好的抗腐蚀性能 ,而抗腐蚀性能排序为 Fe Mn Si>Fe Mn Si Cr N>Fe Mn Si Cr>1 Cr1 8Ni9Ti.总之 ,与 Fe Mn Si和 Fe Mn Si Cr相比 ,Fe Mn Si Cr N在水溶液中有较好的抗腐蚀性能     

Fe—Mn—Si—Cr—N形状记忆合金应力诱发马氏体量的测定

通过X射线衍射峰位置和强度的计算,可以测定Fe-Mn-Si-Cr-N形状记忆合金中应力诱发马氏体（ε相）体积分数。选择既不重叠又有足够强度的奥氏体的{111}r、{200}r和马氏体的{101}ε衍射峰用于定量测定γ相和ε相的含量,并以定量金相结果进行了验证。结果表明,该合金的应力诱发马氏体的体积分数fhcp和应变量之间符合Olsen和Cohen用于Fe-Cr-Ni合金的指数关系：fhcp=1-exp{-β[1-exp(1αη)]^n},拟合的参数α、β和n分别为12.5、2.2和0.5,其中n值与Fe-Cr-Ni合金的n值（4.5)不同,表明Fe-Mn-Si基合金在较小的应变量下就可获得比Fe-Cr-Ni合金大得多的应力诱发马氏体量,原因可归结于两种合金的相变机制不同。实验和拟合结果也证实了Olsen和Cohen认为的在Ms点以上不能通过应力诱发得到100%的马氏体。     

铁基合金fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变的形核能垒

基于位错理论和Olson等人提出的层错能模型, 考虑到外加应力场的作用, 建立了fcc(g )→hcp(e )马氏体相变在小角度晶界处形核时, 胚核尺寸与能量之间的关系模型. 用此应用模型讨论了温度、切应力以及晶界位错密度对FeMnSi基合金中fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变形核的影响. 结果表明, fcc(γ) → hcp(ε)相变形核过程中存在着一些特征尺寸的胚核: 亚临界胚核和临界胚核, 它们之间的能量差构成了马氏体相变的能垒. 这些特征胚核的尺寸将随着外部条件(应力和温度)的改变而变化, 随着温度降低, 切应力增加将使临界胚核尺寸变小, 直至最终能垒消失. 基于上述讨论, 从动力学的角度讨论了M_S点及临界切应力τ_c诱发fcc(γ) → hcp(ε)相变的能量条件, 解释了在MS点处合金的层错能不为零的实验结果. 另外, 小角度晶界处位错密度的增加, 也有利于hcp相形核.     

温度对铁基合金层错能的影响

温度是影响铁基合金层错能的一个重要因素,随温度的增加,置换型或间隙型合金的层错能随之增加. 从层错能的热力学模型推导出dγ₀/dT的理论计算式,从而建立了dγ₀/dT的定量关系: dγ₀/dT=(dγ^ch/dT) +(dγ^seg/dT)+(dγ^MG/dT) ,计算所得的dγ₀/dT值与测量值符合.化学自由能对层错能起正向作用,且大于磁性和偏聚的作用. 磁性和合金元素在层错区的偏聚均降低合金的层错能,dγ^MG/dT<0, dγ^seg/dT<0, 其影响随温度的增加而减小.基于dγ₀/dT,合理解释了在热力学平衡温度(T₀)合金的层错能并不为零以及T₀两侧层错能均为正值的实验结果.     

Fe—Mn—Si基合金共格界面能的离散点阵平面分析

结合合金的相变热力学对离散点阵平面（DLP）模型进行了改进,使之能够处理多元置换型合金中诸如马氏体与奥氏体这类化学成分相同而结构不同的两相共格界面能。利用改进的DLP模型计算了Fe-Mn-Si基合金的{111}fcc//{0001}hcp共格界面能,分析了温度、合金成分对它的影响,结果表明,与它们对层错能的影响一致。体系的共格界面能作为马氏体相变临界驱动力△GMs^γ→ε中的阻力项所占的比例小于10%。