金属间化合物Fe2B的韧化及机理研究

论文摘要

金属间化合物Fe2B具有良好的耐熔锌腐蚀性能,但其硬脆性是导致整个材料表现为脆性断裂的根源。本文首先利用固体与分子经验电子理论及平均原子模型的方法,计算了(Fe1-xCrx)2B的价电子结构,然后分别对试样Fe-8.8B-XCr（Mn、La）进行力学性能检测。经研究发现Cr、Mn和La对试样的组织形貌和Fe2B的硬度影响不大,试样由Fe2B和铁素体（含少量C、Si等杂质的α）两相组成,Fe2B硬度值都接近于1100HV0.1,试样（Fe,Cr）2B的抗弯强度可以由203 M Pa增大到387 M Pa,Cr、Mn和La不同程度的提高了Fe2B的断裂韧性,以Cr的作用最为显著,试样（Fe,Cr）2B中Fe2B的KIc值可以由28.61 M Pam1/2提高为65.85 M Pam1/2。Cr置换固溶Fe原子后,B-B键的键能可以由5.6574 kJ/mol增大到79.0047 kJ/mol,Fe2B中弱键键能的显著增强使得其内部的固有裂纹明显减少,通过分析断裂面的晶体学取向,发现试样Fe-8.8B倾向于沿{110}晶面族进行解理,而Fe-8.8B中添加Cr后,试样沿着（110）面发生断裂需要破坏的键能由203.9828 kJ/mol增大为342.0531 kJ/mol,增大了断裂所需要的能量,也起到了韧化Fe2B的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 金属间化合物
• 1-1-1 金属间化合物
• 2B的晶体结构'>1-1-2 Fe₂B的晶体结构
• 2B的本质脆性及韧化'>1-1-3 Fe₂B的本质脆性及韧化
• §1-2 固体与分子经验电子理论
• 1-2-1 固体与分子经验电子理论的发展
• 1-2-2 固体与分子经验电子理论的基本概念
• 1-2-3 固体与分子经验电子理论的基本假设
• 1-2-4 固体与分子经验电子理论的计算思想
• 1-2-5 键距差法的计算过程
• 1-2-6 平均原子模型理论
• 1-2-7 固体与分子经验电子理论的应用
• §1-3 本文的研究背景内容及意义
• 1-3-1 研究背景
• 1-3-2 研究内容及意义
• 第二章 研究方法及实验设备
• §2-1 价电子结构计算
• §2-2 试样制备
• 2-2-1 原料配比
• 2-2-2 试样制备
• §2-3 材料性能测试
• 2-3-1 试样硬度的测定
• 2-3-2 断裂韧性的测定
• 2-3-3 抗弯强度的测定
• 2-3-4 断裂面的晶体学取向
• 2-3-5 耐熔锌腐蚀性能的测定
• §2-4 微观检测分析方法介绍
• 2-4-1 显微压痕分析
• 2-4-2 X-射线衍射分析
• 2-4-3 显微组织分析以及能谱分析
• 2B价电子结构及本质脆性的影响'>第三章 Cr对Fe₂B价电子结构及本质脆性的影响
• §3-1 各元素原子杂化状态
• 2B价电子结构'>§3-2 （Fe1-xCrx）₂B价电子结构
• 2B本质脆性的影响'>§3-3 Cr对Fe₂B本质脆性的影响
• §3-4 本章小结
• 2B组织及力学性能的影响'>第四章 Cr对Fe₂B组织及力学性能的影响
• 2B组织的影响'>§4-1 Cr对Fe₂B组织的影响
• 4-1-1 Cr 对合金形貌的影响
• 4-1-2 Cr 对合金相的影响
• 4-1-3 Cr的存在形式
• 2B力学性能的影响'>§4-2 Cr对Fe₂B力学性能的影响
• 2B显微硬度的影响'>4-2-1 Cr对Fe₂B显微硬度的影响
• 2B断裂韧性的影响'>4-2-2 Cr对Fe₂B断裂韧性的影响
• 4-2-3 Cr 对材料抗弯强度的影响
• 4-2-4 断裂面晶体学取向分析
• 4-2-5 Cr 对材料耐腐蚀性的影响
• §4-3 本章小结
• 2B组织及力学性能的影响'>第五章 其它元素对Fe₂B组织及力学性能的影响
• 2B组织及力学性能的影响'>§5-1 Mn对Fe₂B组织及力学性能的影响
• 5-1-1 Mn 对合金形貌的影响
• 5-1-2 Mn 对合金相的影响
• 2B显微硬度的影响'>5-1-3 Mn对Fe₂B显微硬度的影响
• 2B断裂韧性的影响'>5-1-4 Mn对Fe₂B断裂韧性的影响
• 2B组织及力学性能的影响'>§5-2 La对Fe₂B组织及力学性能的影响
• 5-2-1 La 对合金形貌的影响
• 2B显微硬度的影响'>5-2-2 La对Fe₂B显微硬度的影响
• 2B断裂韧性的影响'>5-2-3 La对Fe₂B断裂韧性的影响
• §5-3 本章小结
• 第六章 结论
• 附录 A
• 附录 B
• 附录 C
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果