钢动静态强度计算的电子理论模型.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)126101钢动静态强度计算的电子理论模型冰王云飞)2)十李云凯)2)孙川)2)朱灵波)2)缪勇)陈雪冰)1)(北京理工大学材料科学与工程学院，北京100081)2)(冲击环境材料国家级重点实验室，北京100081)(2013年9月1O日收到；2014年2月27日收到修改稿)价电子结构对物性具有本质的影响，以固体与分子经验电子理论为基础，结合材料动态力学过程，构建了计算钢静动态强度的新模型．该模型预测的多种成分钢的静(动)态强度与实验值符合得较好．首次把价电子结构参数引入了材料动态性能的预测模型中．关键词：动态强度，固

2、体与分子经验电子理论，价电子结构PACS：61．50．Ah，31．15．ae，02．30．一fDOI：10．7498／aps．63．126101论强度．1引言不过根据文献『81的模型可以推测出强化增量对碳或合金元素摩尔百分数成指数增加，而这个指自1978年余瑞璜提出固体与分子经验电数大于1，这与事实不符合．并且该模型不能用于子理论fempiricalelectrontheoryofsolidand更广泛的调质钢．基于这两个存在的问题，我们提molecules，EET)以来，建立价电子结构(valence出新的钢静态强度计算的电子理论模型，并在此基electronstructure，VES

3、)与物性之间的定量关系础上，提出钢动态强度计算的电子理论模型．已成为众多材料科学工作者的研究目标．如W的加入对MoSi2基固溶体合金VES和性能的影响[1】12理论基础用VES参数分析出三类合金元素对钛合金马氏体转变的不同影响[21．镧系稀土元素的VES与熔点Cottrell早就提出过从原子和电子结构层次计算合金宏观性质的思想[9]．1999年，Lung和和结合能的关系Nd2Fel4B的VES与磁矩和居里温度的关系[4】．文献[5】引入单元硬度因子血，March【10J在<(MechanicalPropertiesofMetals)中预言“未来将在合金电子结构与力学性能关系方面用VES解

4、释了Fe—C马氏体的硬度随含C量变化的有重要突破’程开甲和程濑玉[11]提出EET的判实验结果．文献【6】利用EET理论预测Fe—C—Cr系别条件是第一原理的必然结果．基于“从电子结构高铬铸铁的淬硬性，得出铬碳质量比为5．5—6．5时，层次研究合金的力学性能，关键是建立合金相及相Fe．CCr三元系高铬铸铁可获得最佳的淬硬性．文界面的电子结构参数与相变和强韧化机制的关系，献f71提出了共价晶体硬度计算的经验电子理论模并把这种关系转化为数值计算”的认识，文献『81提型，并验证了具有B1(NaC1型)和B3(SiC型)结出了利用合金电子结构参数的统计值计算非调质构的二元极性共价键化合物的理论硬

5、度．文献【8]钢的强度的模型：提出利用VES参数的统计值计算非调质钢的力学性能模型，并验证了热轧低碳钢J510L等钢种的理=。+△。c国家部委预研基金(批准号：9l40Al2020239BQ1155)资助的课题．t通讯作者．E—mail：walyun2fei3~163．com@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．hy．ac．en126101—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)126101+∑△M电子对数差别很小．基于上述四点的考虑，对文献[8]中的模型做了改进，提出以下模型：+∑△一Fe—M+△

6、。F。。Fe。Cb：。(F。’M+△’Fe—c+∑△。。Fe’C·M+∑△。M+∑△e-。M+∑△。F。“Mc+△。F。”MnS+∑△一‘F。，M3c，(2)+△F。IlAN+△一F。llF。3P式中，O"b(F。，M)表示细化了的—Fe基体强度及各合金元素在Q—Fe中固溶强化增加量，基于上述第四+∑△。FC。MM。c点考虑，忽略此处M与Fe的差别；∑△‘F，M)3c+△OL-~e-cII一F。3c表示(合金)渗碳体相强化增加量之和，+∑△盯。M一，M3c即+△-Fe-Cl。3c+△一F。一c—Ml(Fe，M)。cO"b=(。r。(1+SQ‘re—uW—euu，(、1)+Fe—C—MWa

7、—F。一c—M式中，表示断裂强度(简称强度，下同)；。+s一(Fe,M)3c一(Fe,M)sc)，(3)表示细化了的Oz—Fe基体强度，可根据初始强S。Fe～：C一Fe—c度(160—165MPa)及晶粒度得到AFe—c表。示C在Ol—Fe中固溶强化增加量；△一Fe-c_Mn~-Fe⋯，(4)表示各合金元素在OL—Fe—C中固溶强化对基／『体强度的增加量之和，M代表合金元素；SFeC_M=一Fe—c—M∑△-Fe-M表示各合金元素在