氮對奧氏體不銹鋼中團簇結構影響的計算機模擬研究.pdf

1、經(jīng)過滲氮處理，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性能與耐腐蝕抗氧化性能，在核工程的結構材料領域有著廣闊的應用前景。在奧氏體不銹鋼中，各種元素之間相互作用，經(jīng)常會形成短程有序的團簇結構。氮作為一種重要的合金元素，通過對原子間相互作用的影響，會對奧氏體不銹鋼中的團簇形成及其結構規(guī)律產(chǎn)生影響。然而，目前對其原子尺度結構的理解相對薄弱，制約了滲氮奧氏體不銹鋼在核主泵關鍵材料上的應用。
　　本論文采用計算機模擬的方法

2、，利用2NN MEAM勢函數(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簇的結構特征、FCC-Fe中空位團簇的長大規(guī)律、以及N對空位團簇的影響規(guī)律。首先，本課題通過擬合形成焓、晶格常數(shù)以及體積模量等實驗數(shù)據(jù)，獲得了Fe-Ni、Ni-N、Cr-N二元合金系統(tǒng)的2NN MEAM的勢參量，進而得出了Fe-Ni-N、Fe-Cr-N三元系統(tǒng)的勢參量以及Fe-Cr-Ni-N四元合金系統(tǒng)的2NN MEAM勢參量，這為本課題乃至將來研究含氮奧氏體

3、不銹鋼提供了一個新的途徑。其次，在Fe-Cr-Ni-N勢參量的基礎上研究發(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，無法形成穩(wěn)定的團簇結構，而Cr、Ni合金元素對N原子有束縛作用，使N原子團簇可以穩(wěn)定存在于Cr或Ni原子周圍，形成局部過飽和的短程有序結構。再次，從能量角度考察了奧氏體不銹鋼中的(Fe，Cr,Ni)6N八面體團簇，發(fā)現(xiàn)除了Fe0Cr6Ni0N團簇結構，其它結構都可以穩(wěn)定存在，且Fe5Cr1Ni

4、0N和Fe5Cr0Ni1N結構中N原子的形成能最低。另外，通過研究FCC-Fe中最穩(wěn)定空位團簇結構的組合規(guī)律，得出了空位團簇最穩(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四面體為基本結構單元長大，以及每個結構單元的x、y、z方向的最近鄰位置上不能同時出現(xiàn)相同的結構單元，并且提出了一種層錯四面體的形成機制，即空位團簇在{111）晶面長大形成等邊三角形的層錯時，層錯上方密排面發(fā)生級聯(lián)塌陷形成層錯。最后，通過研究氮對空位團簇長大的影響