抗磨钢铁材料中强化相的微结构计算与性质研究
作者：种晓宇 著
出版时间：2018年版
内容简介
抗磨钢铁材料作为目前广泛采用的一类耐磨材料，应用于冶金、 矿山、电力、建材、能源、交通等领域。强化相作为抗磨钢铁材料中的重要组分，在磨损过程中起到抗磨骨架的作用。合金元素种类和含量影响强化相的结构、硬度、脆韧性、热膨胀等热物理性能， 从而影响抗磨钢铁整体的耐磨性。但是，由于强化相在钢铁中分散、尺度小，无法进行宏观结构与性能测试；且组成元素复杂，对实验研究也增加了难度，本书采用**性原理计算结合微观结构和性能表征的方法对抗磨钢铁中常见多元强化相的结构、力学和热学性质进行研究，并从电子-原子层次揭示不同合金元素对性质影响的本质原因，实现强化相组分、结构和性能的快速筛选与预测，进而指导设计新型高性能抗磨钢铁材料， 对新型抗磨钢铁材料的成分设计与性能优化有一定的参考价值。
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 抗磨钢铁材料概述 3
1.2.1 抗磨钢铁材料分类 1.2.2 强化相的种类与作用 5
1.3 抗磨钢铁中强化相的研究现状及问题 7
1.4 计算材料学在抗磨钢铁研究中的应用 13
1.5 研究目的和意义 18
1.6 主要研究内容 19
第2章 实验设计及计算方法 20
2.1 典型抗磨钢铁的制备 20
2.1.1 铸态过共晶高铬铸铁 20
2.1.2 高速钢及其热处理 20
2.1.3 纯强化相的萃取方法 21
2.2 结构表征与性能测试 22
2.2.1 强化相的化学组成与配比 22
2.2.2 强化相的晶体结构表征 22
2.2.3 单晶衍射与结构解析 23
2.2.4 纳米压痕分析力学性质 23
2.2.5 其他分析表征手段 25
2.3 理论计算方法 25
2.3.1 电子结构与成键分析 25
2.3.2 结合能和形成焓 26
2.3.3 力学性质及各向异性27
2.3.4 准谐近似 30
2.3.5 准静态近似 32
2.3.6 热导率及各向异性 33
2.3.7 Bloch-Grüneisen 近似 34
2.3.8 相图计算 34
第3章 抗磨钢铁中典型强化相的结构确定 36
3.1 过共晶高铬铸铁中的强化相 36
3.1.1 强化相的组成与形貌 36
3.1.2 强化相晶体结构的实验表征 37
3.2 钨钼系高速钢中的强化相 40
3.2.1 W6高速钢中强化相的晶体结构与化学组成 40
3.2.2 W18高速钢中强化相的晶体结构与化学组成 44
3.3 本章小结 48
第4章 Fe-C相的结构与性能优化 49
4.1 计算方法与参数 50
4.2 结构特征与晶胞参数 50
4.3 热力学稳定性 53
4.4 电子结构分析 55
4.5 力学性质及各向异性 59
4.6 热学性质 68
4.6.1 热膨胀 72
4.6.2 热容 74
4.6.3 热导率 76
4.6.4 电导率 77
4.7 本章小结 79
第5章 合金化对高铬铸铁中M7C3相性能的影响 80
5.1 计算方法与参数 80
5.2 o-M7C3型碳化物 80
5.2.1 合金化对弹性模量与硬度的影响 81
5.2.2 热膨胀系数的各向异性 83
5.2.3 合金化对高温力学稳定性的影响 84
5.2.4 热导率的各向异性 86
5.2.5 电子结构特征 89
5.3 h-M7C3型碳化物 90
5.3.1 晶胞参数与原子构型 91
5.3.2 电子结构分析 94
5.3.3 合金化对力学各向异性的影响 96
5.3.4 多元合金化对热学性质的影响 102
5.3.5 Cr含量对h-(Fe，Cr)7C3力学各向异性的影响 107
5.4 本章小结 108
第6章 钨钼系高速钢中典型强化相的结构与性能 110
6.1 计算方法与参数 110
6.2 含有序碳空位的V-C二元相 110
6.2.1 晶体结构与稳定性 111
6.2.2 电子结构特征 114
6.2.3 碳空位对力学性质的影响 115
6.2.4 碳空位对热学性质的影响 123
6.2.5 碳空位对电学性质的影响 128
6.3 三元(Fe，M)6C(M=W/Mo)相的结构与性质 129
6.3.1 晶胞参数与原子构型 129
6.3.2 高温力学性质 131
6.3.3 热膨胀系数 134
6.4 四元(Fe，W，Mo)6C型固溶体相的结构与性质 135
6.4.1 晶体结构与参数 135
6.4.2 化学键布居数分析 137
6.4.3 力学性质优化 139
6.5 本章小结 142
第7章 实验验证抗磨钢铁中强化相的性质 143
7.1 钨对过共晶高铬铸铁初生碳化物韧性的影响 143
7.2 过共晶高铬铸铁初生碳化物力学各向异性 146
7.3 纳米压痕研究高速钢中M6C相的力学性质 149
7.4 本章小结 151
第8章 结论 153
参考文献 155
附录 相关图表 164