氮對(duì)奧氏體不銹鋼中團(tuán)簇結(jié)構(gòu)影響的計(jì)算機(jī)模擬研究.pdf

1、經(jīng)過(guò)滲氮處理，特別是低溫等離子滲氮處理后的奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學(xué)性能與耐腐蝕抗氧化性能，在核工程的結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在奧氏體不銹鋼中，各種元素之間相互作用，經(jīng)常會(huì)形成短程有序的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。氮作為一種重要的合金元素，通過(guò)對(duì)原子間相互作用的影響，會(huì)對(duì)奧氏體不銹鋼中的團(tuán)簇形成及其結(jié)構(gòu)規(guī)律產(chǎn)生影響。然而，目前對(duì)其原子尺度結(jié)構(gòu)的理解相對(duì)薄弱，制約了滲氮奧氏體不銹鋼在核主泵關(guān)鍵材料上的應(yīng)用。
　　本論文采用計(jì)算機(jī)模擬的方法

2、，利用2NN MEAM勢(shì)函數(shù)，分別研究了奧氏體不銹鋼中合金元素的含氮短程有序團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)特征、FCC-Fe中空位團(tuán)簇的長(zhǎng)大規(guī)律、以及N對(duì)空位團(tuán)簇的影響規(guī)律。首先，本課題通過(guò)擬合形成焓、晶格常數(shù)以及體積模量等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得了Fe-Ni、Ni-N、Cr-N二元合金系統(tǒng)的2NN MEAM的勢(shì)參量，進(jìn)而得出了Fe-Ni-N、Fe-Cr-N三元系統(tǒng)的勢(shì)參量以及Fe-Cr-Ni-N四元合金系統(tǒng)的2NN MEAM勢(shì)參量，這為本課題乃至將來(lái)研究含氮奧氏體

3、不銹鋼提供了一個(gè)新的途徑。其次，在Fe-Cr-Ni-N勢(shì)參量的基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn)，N原子在奧氏體不銹鋼中的晶格中存在于八面體間隙位置，且彼此相互排斥，無(wú)法形成穩(wěn)定的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，而Cr、Ni合金元素對(duì)N原子有束縛作用，使N原子團(tuán)簇可以穩(wěn)定存在于Cr或Ni原子周?chē)?，形成局部過(guò)飽和的短程有序結(jié)構(gòu)。再次，從能量角度考察了奧氏體不銹鋼中的(Fe，Cr,Ni)6N八面體團(tuán)簇，發(fā)現(xiàn)除了Fe0Cr6Ni0N團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，其它結(jié)構(gòu)都可以穩(wěn)定存在，且Fe5Cr1Ni

4、0N和Fe5Cr0Ni1N結(jié)構(gòu)中N原子的形成能最低。另外，通過(guò)研究FCC-Fe中最穩(wěn)定空位團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的組合規(guī)律，得出了空位團(tuán)簇最穩(wěn)定演化方式的兩條規(guī)則，分別是以三空位塌陷形成的層錯(cuò)四面體為基本結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)大，以及每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的x、y、z方向的最近鄰位置上不能同時(shí)出現(xiàn)相同的結(jié)構(gòu)單元，并且提出了一種層錯(cuò)四面體的形成機(jī)制，即空位團(tuán)簇在{111）晶面長(zhǎng)大形成等邊三角形的層錯(cuò)時(shí)，層錯(cuò)上方密排面發(fā)生級(jí)聯(lián)塌陷形成層錯(cuò)。最后，通過(guò)研究氮對(duì)空位團(tuán)簇長(zhǎng)大的影響