相平面價電子結(jié)構(gòu)及其在合金研究中的應(yīng)用.pdf

1、本文以余(瑞璜)氏固體與分子經(jīng)驗電子理論(EET)和程(開甲)氏改進(jìn)的TFD理論為基礎(chǔ)定義了相平面價電子結(jié)構(gòu)的概念，建立了平面價電子結(jié)構(gòu)的計算方法，給出了相界面之間的相對電子密度差△p的數(shù)學(xué)表達(dá)式，為相界面電子密度連續(xù)的計算和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)合金中存在異相界面且按一定的位向關(guān)系相匹配時，對原子的定態(tài)除了考慮鍵距差｜△D｜的大小以外，同樣要考慮△p的大小。綜合考慮兩種因素的影響，提出了原子狀態(tài)判定因子w，并用它討論了Fe-C奧氏體、Fe

2、-C馬氏體中鐵原子的雜化狀態(tài)和合金奧氏體Fe-C-Me晶胞中原子的雜化狀態(tài)。結(jié)果表明，F(xiàn)e-C奧氏體含碳結(jié)構(gòu)單元中，F(xiàn)ec原子的雜化狀態(tài)為乙種雜化第13階(B13)，F(xiàn)ef原子的雜化狀態(tài)為乙種雜化第14階(B14)。Fe-C馬氏體含碳結(jié)構(gòu)單元中，F(xiàn)eI，F(xiàn)eII及FeⅢ的雜化狀態(tài)分別為甲種雜化第12(A12)，10(A10)和9階(A9)。對于合金奧氏體，F(xiàn)ec、Fef原子的雜化狀態(tài)因Me(任一合金元素)原子的不同而發(fā)生改變。在Fe-C

3、-Cr晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Cr的雜化狀態(tài)分別為B14、B15、A7(或A8)階；在Fe-C-W晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、W原子的雜化狀態(tài)分別為B13、B14、C1(或C2)階；在Fe-C-Si晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Si原子的雜化狀態(tài)分別為B15、B16(或B17)、A1(或A2、A3)階：在Fe-C-Mn晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Mn原子的雜化狀態(tài)分別為B14(或B13)、B15、C11階。應(yīng)用原子狀態(tài)判定因子w來確定合金組成元素原子

4、的雜化狀態(tài)，是將程氏提出的各原子相接觸的表面上電子密度必須連續(xù)這一電子運動的邊界條件運用到余氏理論的計算中，不僅可使余氏確定原子雜化狀態(tài)時解的多重性問題得以簡化，而且在“異相界面電子密度連續(xù)”這一結(jié)合點上使余氏理論和程氏理論得到了銜接。 分別對A1，A2和A3型晶體結(jié)構(gòu)的部分金屬的價電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計算，并給出了三種類型結(jié)構(gòu)金屬的平面價電子結(jié)構(gòu)分析通式。定義了表征晶體沿晶面發(fā)生滑移難易程度的參數(shù)F，F(xiàn)值越小，滑移越容易進(jìn)行；反之則

5、滑移越難進(jìn)行。通過對A1，A2和A3型晶體結(jié)構(gòu)中更多晶面的F值的計算表明，A1，A2和A3型晶體結(jié)構(gòu)中的F值最小的晶面分別為{111}，{110}和{0001}面。由此在價電子結(jié)構(gòu)的層次上解釋了A1，A2和A3型晶體發(fā)生滑移時的滑移面分別為{111}，{110}和{0001}面的原因。 把程氏改進(jìn)的TFD理論中的電子運動邊界條件運用于余氏理論中，計算了Fe-C奧氏體和Fe-C馬氏體原子排列較密集的幾個低指數(shù)晶面電子密度，通過對計

6、算數(shù)據(jù)的分析，在價電子結(jié)構(gòu)的層次討論了馬氏體相變時的位向關(guān)系。奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體的(111)晶面和馬氏體的(110)晶面的相對電子密度差為6.95％，小于10％，即在一級近似下奧氏體的(111)面與馬氏體的(110)面是連續(xù)的。按程氏理論指出的“固體中原子間的邊界條件只是電子密度要連續(xù)”的量子力學(xué)條件，奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變其位向關(guān)系為：(111)γ∥(110)α。應(yīng)用鍵能討論了合金元素對奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變相變點的影響，計算表明

7、，當(dāng)Mo、Cr、W、Mn、Ni等合金元素加入到奧氏體中后，合金奧氏體晶胞中共價鍵鍵能的最大值都比Fe-C晶胞中最大共價鍵鍵能值有不同程度的增加，因而需要更大的能量來打斷合金奧氏體晶胞中的主干鍵以發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，即這些合金元素的加入影響了奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，共價鍵能值增加的越多，則所需的過冷度越大，相變溫度就越低。Mn、Cr、Ni、Mo、W等合金元素對奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變相變點影響的規(guī)律是：Mn、Cr、Ni降低相變點的作用較

8、強，Mo、W次之，與金屬學(xué)中的實驗規(guī)律相吻合。 基于平均晶胞模型和平均原子模型的思想分別給出了Fe基間隙固溶體和置換固溶體，A1-Mg置換固溶體的價電子結(jié)構(gòu)詳細(xì)的計算方法。在γ-Fe-C固溶體中，含碳晶胞的最強鍵絡(luò)的共價電子對數(shù)nA較基體(γ-Fe)的nA值提高了近兩倍；γ-Fe-N固溶體的含N晶胞的nA值較基體(γ-Fe)的nA值也提高了近1.4倍。然而在置換固溶體中，如A1-Mg固溶體的含Mg晶胞的nA值和Fe-Si固溶體含