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合金元素对渗碳的影响
烙（Cr）:减慢钢中碳的扩散速度.易增加表面碳浓度.
镍（Ni）:减少表面碳浓度.渗碳深度.阻碍渗碳性.添加镍可减少结晶粒粗大.提高心部韧性.
钼（Mo）:减慢碳的扩散速度.6%时最大.超过时反而减少.
改善钢的自硬性及心部硬度.通常添加0.15-0.7%.
钨（W）:减慢钢中碳的扩散.作成碳化物.增加表面含碳量.减少渗碳深度.可使结晶粒微细化.
钒（V）:阻害渗碳性.若含有1%则几无渗碳性.可防结晶粒粗大.
钛（Ti）:减少碳的渗入深度..防止结晶粒粗大.
锰（Mn）:增进渗碳性.10%以内可增加渗碳性.超过反而减少.助长心部结晶粒成长.心部会有脆化倾向.0.6%以下.可降低钢的变态点.降低淬火温度.减少应变.
硅（Si）:阻害渗碳性.若达1 %则几无渗碳性.通常在0.35%以下.
铝（Al）: 阻害渗碳性.降低表面碳浓度.减少渗碳层深度.
磷（P）: 阻害渗碳性.特别是使心部.渗探层脆若.通常在0.03%以下.
硫（S）: 阻害渗碳性.渗碳层容易发生异常组织.愈少愈好.规定在0.03%以下.
说的太好了，太需要了，谢谢
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6SQ质量周刊材料及成形技术_1.10钢中合金元素_上海大学鞠鲁粤
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多媒体教案
&& 第一章 工程材料
1.10 钢中的合金元素
合金元素是为了改善和提高钢的力学性能和使钢获得某些特殊的物理、化学性能而专门加入的元素。
1.10.1 合金元素在钢中的分布
在平衡状态中，合金元素在钢中存在形式和分布主要有以下五种：
(1) 与铁形成固溶体，不与碳形成任何碳化物。
部分固溶于铁素体，另一部分与碳形成碳化物。但每一种元素固溶于铁素体和形成碳化物的倾向并不相同，因而其在铁素体和碳化物中的含量也有所不同。
(3) 不少元素与钢中的氧、氮、硫形成简单的或复合的非金属夹杂物。
(4) 一些元素彼此作用形成金属间化合物。
(5) 有的元素，如铜和铅，常以游离状态出现。
1.10.2 合金元素在钢中的作用
1.合金元素对钢中基本相的影响
１)非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。这些元素与碳亲合力很弱，在钢中不和碳化合，而是溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用。合金元素的原子半径与铁原子的原子半径相差愈大，或两者晶格类型不同，则造成的晶格畸变愈大，固溶强化效果也愈显著。下图为退火状态各合金元素对碳钢性能的影响。
２)中强碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W等。一般能够置换渗碳体中的铁原子而形成合金渗碳体，如(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C、(Fe、W)3C等，合金渗碳体仍具有渗碳体的复杂六方晶格。渗碳体是一种稳定性最低的碳化物，因为Fe与C的亲和力较弱。合金渗碳体较渗碳体稳定性略为提高，硬度也较高，是一般低合金钢中存在的主要碳化物。
３)强碳化物形成元素：Mo、W、Ti、Zr、Nb、V。这些合金元素含量较高（ωMe&５％）时，才倾向于形成合金碳化物，如Cr7C3、Cr23C5、Fe3W3等。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性，且更稳定。具有简单晶格的间隙相，如MoC、WC、W2C、VC、TiC比具有复杂晶格的合金渗碳体稳定性更高。
第一章 工程材料
钢中的合金元素
@2010 上海大学 鞠鲁粤 版权所有
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钢中渗碳体表面特性及其合金化行为的密度泛函理论研究
【摘要】：在碳钢和白口铸铁中，渗碳体相是最重要的碳化物之一，也是最常见的强化相之一。合金元素加入钢中会改变钢的内部组织和结构，对钢的组织稳定性、形变和断裂特性、物理化学性能等均会产生直接影响。合金元素与铁、碳以及其它合金元素原子之间的相互作用是合金内部的相结构和组织变化的基础，而这些元素之间在原子的电子结构、原子大小以及各元素晶体点阵之间的差异是产生这种变化的根源。
本文利用密度泛函理论与方法研究了钢中正交结构渗碳体（θ-Fe3C）表面的结构特征、稳定性以及电子特性，构建了极性的纯净渗碳体（001）表面结构，分析了渗碳体沿某一方向生长时的原子排列顺序及（001）极性面的电子特性，通过合金元素吸附及其置换渗碳体表面原子方法，研究了合金元素进入渗碳体的过程。取得了如下主要研究成果：
构建了钢中渗碳体与铁素体界面位向关系中最为常见的三个纯渗碳体表面（001）、（010）和（100）结构模型，并对其实施了充分弛豫，发现具有最高表面粗糙度及表面定域铁碳结合强度的（001）表面最为稳定，这三个表面能量稳定性的强弱顺序为（001）＞（010）＞（100）。
重构了纯净渗碳体的（001）极性表面，建立了八种不具有宏观偶极距的不同终端的（001）表面并对其表面结构进行充分弛豫后发现，表面弛豫能与表面层碳原子的暴露程度有关，若表面层上没有碳原子则弛豫能较小；表面分割能与在体单胞的分割位置有关，分割线越靠近体单胞的内部，分割能越大即越难分割；从能量角度预测了CFe3-终端面以及CC-Fe3Fe3的极性面较为稳定，即表面层具有C原子的终端面具有更高的表面稳定性。
合金元素Cr和Mn分配到渗碳体相的过程中，对于吸附在渗碳体表面积最大的表面（即（001）表面），Cr原子比Mn原子的吸附能力更强，而且最终Cr原子处于表面层C原子与表面第一和第二原子层的Feg和Fes原子间的五重空位处；当Cr和Mn原子继续渗透进入渗碳体（001）表面层时，Cr原子比Mn原子具有更强的置换表面层Fe原子的能力。
从能量最低的角度预测发现，合金渗碳体Fe2MC（M=Cr/Co/Ni）的表面稳定性强弱顺序均为：（001）＞（010）＞（100），但Fe2MnC的（010）表面稳定性比（100）表面的略低。不同掺杂类型的合金渗碳体表面稳定性强弱顺序依次为：Fe2NiC＞Fe2CoC＞Fe2MnC＞Fe2CrC；Cr/Mn/Co/Ni掺杂的Fe2MC型合金渗碳体的体结构及（001）、（010）和（100）表面均与纯渗碳体的类似，都具有一定程度的磁性，而且在表面晶胞中金属键、共价键和离子键共存，成键方式以共价键为主。
从能量最低的角度预测结果表明，合金渗碳体FeM2C（M=Cr/Mn/Co/Ni）的表面稳定性顺序均为：（001）＞（100）＞（010）。不同掺杂类型的合金渗碳体表面稳定性强弱顺序依次为：FeNi2C＞FeMn2C＞FeCo2C＞FeCr2C；Cr/Mn/Co/Ni掺杂的FeM2C型合金渗碳体的体结构及（001）、（010）和（100）表面也都与纯净渗碳体的类似，均具有一定程度的磁性，而且在表面晶胞中金属键、共价键和离子键共存，成键方式也以共价键为主。
【关键词】：
【学位授予单位】：燕山大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2014【分类号】：TG111【目录】：
摘要5-7Abstract7-13第1章 绪论13-32 1.1 选题背景13-14 1.2 钢的合金化简介14-15 1.3 钢中渗碳体及其表面特性的研究进展15-18
1.3.1 渗碳体在钢中的存在形式与研究现状15-18
1.3.2 渗碳体表面特性的研究现状18 1.4 表面研究的实验技术简介18-19 1.5 体相及表界面研究的量子理论基础19-30
1.5.1 余氏和程氏理论19-23
1.5.2 密度泛函理论23-30 1.6 Materials Studio 软件及其 CASTEP 模块简介30-31 1.7 本文的主要研究内容31-32第2章 纯净渗碳体表面稳定性及电子特性的理论预测32-52 2.1 建模与计算方法32-33 2.2 纯净渗碳体（001）、（010）和（100）表面特性的理论计算33-42
2.2.1 纯净渗碳体及其表面结构33-35
2.2.2 表面原子弛豫35-36
2.2.3 表面原子间结合强度36-38
2.2.4 表面稳定性38-39
2.2.5 表面电子特性39-42 2.3 纯净渗碳体不同终端的（001）表面特性的理论预测42-50
2.3.1 表面结构42-44
2.3.2 表面原子弛豫44-46
2.3.3 表面稳定性46-49
2.3.4 表面电子特性49-50 2.4 本章小结50-52第3章 纯净渗碳体表面吸纳合金元素的理论计算52-68 3.1 引言52 3.2 建模与计算方法52-53 3.3 Cr 或 Mn 原子吸附于渗碳体（001）表面原子的顶位53-59
3.3.1 吸附于表面 C 原子顶位53-55
3.3.2 吸附于表面 Fes 原子顶位55-56
3.3.3 吸附于表面 Feg 单原子顶位56-58
3.3.4 吸附于表面 Feg 双原子顶位58-59 3.4 Cr 或 Mn 原子吸附于渗碳体（001）表面原子的桥位59-63
3.4.1 吸附于表面 Feg 原子间桥位59-61
3.4.2 吸附于表面 Feg 与 Fes 原子间桥位61-63 3.5 Cr 或 Mn 原子掺杂渗碳体（001）表面层模拟研究63-66
3.5.1 Cr 或 Mn 原子替换渗碳体（001）表面层 Feg 原子63-64
3.5.2 Cr 或 Mn 原子替换渗碳体（001）表面层 Fes 原子64-65
3.5.3 Cr 或 Mn 原子替换渗碳体（001）表面层 Feg 和 Fes 原子65-66 3.6 本章小结66-68第4章 Fe_2MC 型合金渗碳体表面特性的理论预测68-105 4.1 引言68 4.2 建模与计算方法68-69 4.3 合金渗碳体 Fe_2CrC 的表面结构、稳定性及电子特性69-78
4.3.1 合金渗碳体 Fe_2CrC 及其表面结构69-70
4.3.2 表面原子弛豫70-72
4.3.3 表面原子间结合强度72-74
4.3.4 表面稳定性74
4.3.5 表面电子特性74-78 4.4 合金渗碳体 Fe_2MnC 的表面结构、稳定性及电子特性78-87
4.4.1 合金渗碳体 Fe_2MnC 及其表面结构78-80
4.4.2 表面原子弛豫80-81
4.4.3 表面原子间结合强度81-83
4.4.4 表面稳定性83-84
4.4.5 表面电子特性84-87 4.5 合金渗碳体 Fe_2CoC 的表面结构、稳定性及电子特性87-95
4.5.1 合金渗碳体 Fe_2CoC 及其表面结构87-89
4.5.2 表面原子弛豫89-90
4.5.3 表面原子间结合强度90-92
4.5.4 表面稳定性92
4.5.5 表面电子特性92-95 4.6 合金渗碳体 Fe_2NiC 表面结构、稳定性及电子特性95-104
4.6.1 合金渗碳体 Fe_2NiC 及其表面结构95-97
4.6.2 表面原子弛豫97-98
4.6.3 表面原子间结合强度98-100
4.6.4 表面稳定性100-101
4.6.5 表面电子特性101-104 4.7 本章小结104-105第5章 FeM_2C 型合金渗碳体表面特性的理论预测105-136 5.1 建模与计算方法105 5.2 合金渗碳体 FeCr_2C 的表面结构、稳定性及电子特性105-113
5.2.1 合金渗碳体 FeCr_2C 及其表面结构105-107
5.2.2 表面原子弛豫107-109
5.2.3 表面稳定性109-110
5.2.4 表面电子特性110-113 5.3 合金渗碳体 FeMn_2C 表面结构、稳定性及电子特性分析113-120
5.3.1 合金渗碳体 FeMn_2C 及其表面结构113-115
5.3.2 表面原子弛豫115-117
5.3.3 表面稳定性117-118
5.3.4 表面电子特性118-120 5.4 合金渗碳体 FeCo_2C 表面结构、稳定性及电子特性分析120-128
5.4.1 合金渗碳体 FeCo_2C 及其表面结构120-122
5.4.2 表面原子弛豫122-124
5.4.3 表面稳定性124-125
5.4.4 表面电子特性125-128 5.5 合金渗碳体 FeNi_2C 表面结构、稳定性及电子特性分析128-135
5.5.1 合金渗碳体 FeNi_2C 及其表面结构128-129
5.5.2 表面原子弛豫129-131
5.5.3 表面稳定性131-132
5.5.4 表面电子特性132-135 5.6 本章小结135-136结论136-138参考文献138-149攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果149-151致谢151-152作者简介152
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