汽车用先进高强度钢显微组织表征和第一性原理研究

摘要

汽车轻量化和安全性能提升需求,促进先进高强度钢在汽车领域的广泛应用。然而,高强度钢使用过程中常发生氢致延迟断裂现象,造成不可预知的脆性断裂。因此,研究氢原子在基体中的扩散机制,有助于深入理解氢脆机理。本试验利用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-Ray Dif⁃fractometer,XRD)、能谱仪(Energy Dispersive X-ray Spectrometers,EDS)、透射电镜(Transmission Electron Microscope,TEM)等技术手段对比材料的显微组织差异进行研究,并利用热脱附分析(Thermal Desorption Analysis,TDA)技术和U型弯方法分析两种钢的抗氢脆性能,最后用第一性原理研究完成材料中Cu析出相界面处的氢陷阱分析,验证Cu析出相对抗氢脆性能的积极作用。研究表明,氢原子会被束缚在Cu析出相界面处由4个铁原子和1个Cu原子共同构建的四面体间隙中,并且证实四面体间隙的能量比八面体间隙低,更容易俘获氢原子。该结论有助于解释氢在材料基体中的扩散方式、氢陷阱在材料中的分布状况,同时有助于基于Cu微合金化的抗氢脆高强度材料设计。