钢动静态强度计算的电子理论模型 - 物理学报.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 12 (2014) 126101 钢动静态强度计算的电子理论模型 王云飞 李云凯 孙川 朱灵波 缪勇 陈雪冰 1)(北京理工大学材料科学与工程学院, 北京 100081) 2)(冲击环境材料国家级重点实验室, 北京 100081) ( 2013 年9 月10 日收到; 2014 年2 月27 日收到修改稿) 价电子结构对物性具有本质的影响, 以固体与分子经验电子理论为基础, 结合材料动态力学过程, 构建了 计算钢静动态强度的新模型. 该模型预测的多种成分钢的静(动) 态强度与实验值符合得较好. 首次把价电子 结构参数引入了材料动态性能的预测模型中. 关键词: 动态强度, 固体与分子经验电子理论, 价电子结构 PACS: 61.50.Ah, 31.15.ae, 02.30.–f DOI: 10.7498/aps.63.126101 论强度. 1 引 言 不过根据文献[8] 的模型可以推测出强化增量 对碳或合金元素摩尔百分数成指数增加, 而这个指 自1978 年余瑞璜提出固体与分子经验电 数大于1, 这与事实不符合. 并且该模型不能用于 子理论(empirical electron theory of solid and 更广泛的调质钢. 基于这两个存在的问题, 我们提 molecules, EET) 以来, 建立价电子结构(valence 出新的钢静态强度计算的电子理论模型, 并在此基 electron structure, VES) 与物性之间的定量关系 础上, 提出钢动态强度计算的电子理论模型. 已成为众多材料科学工作者的研究目标. 如W 的 加入对MoSi 基固溶体合金VES 和性能的影响1 , 2 理论基础 用VES 参数分析出三类合金元素对钛合金马氏体 2 Cottrell 早就提出过从原子和电子结构层次 转变的不同影响 , 镧系稀土元素的VES 与熔点 3 9 和结合能的关系 , Nd Fe B 的VES 与磁矩和居 计算合金宏观性质的思想 . 1999 年, Lung 和 里温度的关系4 . 文献[5] 引入单元硬度因子fH , March10 在《Mechanical Properties of Metals》中 用VES 解释了Fe-C 马氏体的硬度随含C 量变化的 预言“未来将在合金电子结构与力学性能关系方面 实验结果. 文献[6] 利用EET 理论预测Fe-C-Cr 系 有重要突破”. 程开甲和程濑玉11 提出EET 的判 高铬铸铁的淬硬性, 得出铬碳质量比为5.5—6.5 时, 别条件是第一原理的必然结果. 基于“从电子结构 Fe-C-Cr 三元系高铬铸铁可获得最佳的淬硬性. 文 层次研究合金的力学性能, 关键是建立合金相及相 献[7] 提出了共价晶体硬度计算的经验电子理论模 界面的电子结构参数与相变和强韧化机制的关系, 型, 并验证了具有B1 (NaCl 型) 和B3 (SiC 型) 结 并把这种关系转化为数值计算” 的认识, 文献[8] 提 构的二元极性共价键化合物的理论硬度. 文献[8] 出了利用合金电子结构参数的统计值计算非调质