含al纳米贝氏体辙叉钢及其氢脆特性的第一性原理研究

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1、国内图书分类号：TG142.33国际图书分类号：679工学硕士学位论文含Al纳米贝氏体辙叉钢及其氢脆特性的第一性原理研究硕士研究生：韩波导师：张福成教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：材料学所在单位：材料科学与工程学院授予学位单位：燕山大学万方数据ClassifiedIndex:TG142.33U.D.C.:679DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringAl-CONTAININGNANO-BAINITESTEELSUSINGFORCROSSINGANDFIRST-PRINCIPLESCALCULATIONFORHYDROGE

2、NEMBRITTLEMENTCHARACTERISTICSCandidate:HanBoSupervisor:Prof.ZhangFuchengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ScienceofMaterialsUniversity:YanshanUniversity万方数据摘要本文的目的是研究低合金含Al纳米贝氏体辙叉钢的微观组织、力学性能和耐磨性，以及含Al贝氏体钢氢脆现象的第一性原理的计算，为新型贝氏体辙叉钢的设计提供依据，同时从微观角度来研究钢中的氢脆现象。本文以铁路上使用的贝氏体辙叉钢的成分

3、为依据，在满足其各项性能指标的基础上，设计出含Al贝氏体辙叉钢用材。通过对其常规力学性能的测试，得出理想的正火-回火工艺。通过对组织和力学性能的分析，得出理想的等温淬火工艺。通过纳米压痕和纳米划痕实验，对不同热处理工艺下试样的微观力学性能进行研究。利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)对处理后试样的相组成和组织进行了研究，然后测定了不同热处理工艺下试样的干摩擦磨损性能。最后，利用第一性原理的密度泛函理论，研究了含Al贝氏体钢中的氢脆现象。研究结果表明：本实验材料的最佳正火-回火工艺为：900℃奥氏体化0.5h，350℃回火2h。最佳等温淬火工艺为：

4、920℃奥氏体化1h，350℃等2温淬火10h。试样经正火-回火处理后，硬度值为63.2HRC，韧性为46.9J/cm；2经等温淬火处理后，硬度值为47HRC，韧性为85.4J/cm；等温淬火处理后材料的性能满足铁路线路辙叉用钢标准。纳米划痕和压痕试验表明，等温淬火后试样的摩擦系数及微观硬度小于正火-回火处理后的试样，弹性模量大于正火-回火处理后的试样。在载荷为200N、300N，转速为200r/min的条件下，等温淬火后试样的失重小于高速钢标准试样，其耐磨性较好。通过第一性原理对不同铝、硅含量的铁单胞的形成能进行计算，结果表明，钢中可以用Al代替Si作为促进贝氏体转变过程的

5、元素；氢原子进入铝作为置换原子的铁单胞后，体系的相对形成能值大于硅作为置换原子的铁单胞，这说明氢原子更加容易进入铁硅单胞，因此，含Al贝氏体钢比含Si贝氏体钢氢脆敏感性低。关键词贝氏体钢；辙叉；氢脆；第一性原理万方数据AbstractTheaimofthepresentdissertationistoinvestigatethemicrostructure,mechanicalpropertiesandthewearresistanceofnano-bainiteinlow-alloyedAl-containingsteelsusingforcrossing,andtocal

6、culatehydrogenembrittlementinAl-containingbainiticsteelswiththefirst-principles,inordertoprovidebasicdataindesigningthecrossingofnewkindsofbainiticsteels,andtoresearchhydrogenembrittlementinmicrocosmos.Inthispaper,accordingtochemicalconstituentsofcrossingusedinhigh-speedrailwaysandwithmeeti

7、ngdemandofperformance,wehavedesignedthebainiticsteelsAl-containedusedforcrossing.Withthetestoftheconventionalmechanicalproperties,wefindtheoptimalcraftofnormalizingandtempering;Bytheanalysisofmicrostructureandmechanicalproperties,thecraftofaustemperingca