Zr,Nb,V在a-Fe(C)中的占位、电子结构及键合作用的第一性原理研究

摘要

采用第一性原理的方法计算了Zr,Nb,V固溶于a-Fe(C)后形成晶胞的体积变化率、晶胞总能、结合能、态密度、电荷布居数及力学性能,并由此研究了Zr,Nb,V与a-Fe(C)的微观作用机理.结果表明,V优先置换a-Fe(C)晶胞中顶角位置的Fe原子,而Zr,Nb优先置换a-Fe(C)晶胞中体心位置的Fe原子.Zr,Nb降低了铁素体的稳定性,Zr比Nb更难固溶于a-Fe(C).V固溶后增加了晶胞结合能,对晶胞主要起到提高韧性的作用.Zr,Nb,V固溶于铁素体后,Zr,Nb仅与Fe原子形成金属键,而V与铁素体晶胞中的Fe原子形成了金属键和Fe—V离子键,其离子键的作用均强于Zr,Nb原子与铁素体晶胞中的键合作用,是晶胞结合能增加的主要因素.Zr,Nb主要是通过弥散强化的方式改善钢铁材料的力学性能,V固溶能在一定程度上提高铁素体的韧性,是提高力学性能的主要原因.