固溶Ce对α-Fe力学性能影响的机理研究

【摘要】：针对实验方法研究固溶稀土对钢力学性能的影响未能获得满意结果的研究现状，采用模拟计算的方式开展研究，基于密度泛函理论采用第一性原理计算方法，通过溶解能、几何结构、电子结构、Bader电荷等维度来揭示Ce原子在α-Fe中的固溶机理，并对Fe-Ce掺杂体系的力学性能进行详细计算。溶解能计算结果表明，Ce以取代Fe原子的方式占位于α-Fe基体中。在Fe-Ce掺杂体系中，Ce原子失去电子，致使Ce原子半径减小，产生极化效应，这有利于Ce在Fe中的固溶。纯Fe及Fe-Ce掺杂体系力学性质计算结果表明，Ce的掺杂降低了体系的不可压缩性、抗剪切应变能力、刚度以及维氏硬度，但提高了体系的韧性以及可加工性。Ce掺杂导致体系金属键强度降低，这是Fe-Ce掺杂体系不可压缩性、刚性和硬度降低的主要原因；另一方面，Ce的掺杂增加了体系中电子云的密度，这有利于掺杂体系韧性的提高。