D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.06.009 第27卷第6期 北京科技大学学报 Vol.27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2005 含合金元素Y-Fe晶胞价电子结构 及其对相变过程的影响 宋月鹏2刘国权”李志林》刘建涛冯承明) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)山东农业大学机电工程学院，泰安271018 3)北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029 摘要利用固体与分子经验电子理论，对奥氏体中含合金元素Y-F晶胞的价电子结构进行 了计算分析.结果表明，合金元素溶入yFe晶胞后，其价电子结构发生了较大变化，Fe原子杂 化态向较高杂阶迁移，其相结构因子均有不同程度的增加，同时晶胞内形成了由强键组成的 八面体结构，阻碍了原子的移动，使得Y-F晶胞在相变过程中产生“类拖曳效应”，提高过冷 奥氏体的稳定性，亦会延缓马氏体相变的进程， 关键词晶胞：价电子结构：相变过程：EET理论 分类号TG146 20世纪80年代末，刘志林等应用固体与分 有极为重要的影响. 子经验电子理论(Empirical Electron Theory of So- 本文通过计算分析含合金元素的Y-Fe晶胞 lids and Molecules,简称EET理论)对钢相变的动 的价电子结构，研究其在奥氏体相变过程中所起 力学进行了研究，提出合金元素在相变过程中 的作用， “类拖曳”现象的作用实质，为合金元素对材料 1含合金元素Y-Fe晶胞的价电子 相变过程的影响机理研究提供了理论依据，即通 过对Fe-MeC晶胞价电子结构参数的计算，以 结构计算模型 C-Me偏聚为判据，研究其对相变动力学C曲线 文献[7)]给出了合金原子在yFe晶胞中的置 形状和位置的影响，进而探讨各价电子结构改变 换位置，对于含单合金元素y-Fe晶胞中有Y-Fe 对相变过程的作用机理2.众多研究者在此基础 Me,Y-Fe-Me-Me两种结构单元，而含两种合金 上，进行了大量的工作，取得了较好成果. 元素的Y-Fe晶胞中则有Y-Fe-Me,Y-Fe-Me- 近代固溶体理论指出，对于fcc结构，所形成 Me',Y-Fe-Me',Y-Fe-Me'-Me'和Y-Fe-MeMe'五 的间隙及置换固溶体出现的概率是不相同的， 种结构单元.按照EET理论的分析方法3，图1 Cook将T.Kamenova和R.Banov数学统计公式m 分别为三类结构单元价电子结构计算模型，图中 应用到材料的微观研究中，从数学统计的角度计 显示，合金原子溶入Y-Fe晶胞后，使得成键种类 算了合金中八面体结构单元的分布几率.同时 增加，Y-Fe晶胞内只有3种键型，Y-Fe-Me晶胞内 结合理论分析给出了各种晶胞出现的概率公式， 有6种键型，而对于Y-Fe-Me'-Me晶胞中的键型 研究结果表明，合金元素在奥氏体中形成置换型 则有10种之多. 固溶体，不仅有含合金元素的y-FeC晶胞，还存 利用BLD(Bond Length Difference)键距差分 在含合金元素的y-Fe晶胞.另外还表明，对于Fe- 析计算方法9，编写计算机运算程序，需要说 C奥氏体中，只有两种晶胞结构单元，而含单合 明的是，含合金元素y-Fe晶胞中，由于没有各原 金元素奥氏体内有6种，含两种合金元素的奥氏 子的原子磁距、原子半径等资料可资借鉴，因此 体内有12种，这些结构单元对合金的相变过程 以键距差最小为原子杂化状态确定的依据，刘志 基金项目：国家自然科学基金资助课题0No50271009,No.50334010林在进行含合金元素Y-FeC晶胞的价电子结构 收稿日期：2005-0416修回日期：200506-29 作者简介：宋月鹏(1971一)，男，博士研究生 计算时，也采用了相同的处理方法列.将各元素第 2 7 卷 第 6 期 2 0 0 5 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s iyt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o yg B e ij i n g V b l . 2 7 N o . 6 De c . 2 0 0 5 含合金元素丫一 F e 晶胞价 电子结构 及其对相变过程 的影响 宋 月 鹏 ’ 沟 刘 国 权 ” 李志 林 ” 刘 建涛 ` , 冯 承 明 ” l) 北京科 技大 学材 料科 学与 工程 学院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 山 东农 业大 学机 电工程 学院 , 泰 安 2 71 0 18 3) 北 京化 工 大 学材料 科学 与工 程学 院 , 北京 10 0 0 29 摘 要 利用 固体 与 分子 经验 电子 理论 , 对 奥 氏 体 中含合 金元 素 Y平e 晶胞 的价 电子 结构 进行 了计 算分析 . 结 果表 明 , 合 金元 素溶 入了一e 晶胞 后 , 其 价 电子结 构 发生 了较大 变 化 , F e 原子 杂 化态 向较 高杂 阶迁移 , 其 相结 构 因子均 有不 同程 度 的增加 . 同时 晶胞 内形成 了 由强键 组成 的 八面 体结 构 , 阻碍 了原子 的移 动 , 使得 丫~ F e 晶胞在 相变 过程 中产 生 “ 类 拖 曳效应 ” , 提 高过 冷 奥 氏 体 的稳 定 性 , 亦 会延 缓 马 氏 体相 变 的进 程 . 关键 词 晶胞 ; 价 电子 结构 ; 相变 过程 ; E E T 理论 分 类号 T G 14 6 2 0 世 纪 80 年代 末 , 刘 志林 等 应 用 固体 与分 子 经 验 电子 理论 ( E哪i ir e a l E l e e otr n hT e o 卿 o f 5 0 - li d s an d M o l e e u l e s , 简称 E l : T 理 论 ) 对 钢相 变 的动 力学 进 行 了研 究 , 提 出合 金 元素 在 相 变 过 程 中 “ 类 拖 曳 ” 现象 的作用 实 质 L, , , 为 合金 元 素对 材 料 相变 过程 的影响机 理 研究 提供 了 理论 依据 , 即 通 过对 eF 一 M e一 C 晶胞价 电子 结构 参 数 的计 算 , 以 C we M e 偏 聚 为判 据 , 研 究 其对 相 变 动 力学 C 曲线 形 状和 位 置 的影响 , 进 而探 讨各 价 电子 结构 改变 对 相变 过 程 的作用 机 理『2,3 . 众多研 究 者在 此 基础 上 , 进行 了大 量 的工 作 , 取 得 了较 好成 果`州 , 近代 固溶体 理论 指 出 , 对 于 fc c 结构 , 所 形 成 的 间 隙及 置 换 固溶 体 出现 的概 率 是 不 相 同 的 , C o o k 将 T . K am en o v a 和 R . B an o v 数 学 统计 公 式`, , 应 用 到材 料 的微 观研 究 中 , 从数 学统 计 的角 度计 算 了合金 中八 面体 结构 单 元 的分 布 几率 `8] . 同时 结合 理论 分析 给 出 了各种 晶胞 出现 的概 率 公式 . 研 究结果 表 明 , 合金 元素 在奥 氏体 中形成 置换 型 固溶 体 , 不 仅 有 含合 金元 素 的丫- F e - C 晶胞 , 还 存 在 含合 金 元素 的卜eF 晶胞 ` . 另外还 表 明 , 对 于 eF 一 C 奥 氏体 中 , 只 有两 种 晶胞 结构 单 元 , 而 含 单合 金元 素 奥 氏体 内有 6 种 , 含两 种 合金 元 素 的奥 氏 体 内有 12 种 , 这些 结 构 单元 对合 金 的 相变 过 程 收稿 日期 : 2 0 0 5刁今16 修 回 日期 : 2 0 0 5刀6一 9 基 金项 目 : 国家 自然科学 基金 资助 课题 (N .0 5 02 7 10 09 , N o . 503 340 10 ) 作 者简 介 : 宋月鹏 ( 19 71 一) , 男 , 博 士研 究生 有极 为重 要 的 影响 . 本 文通 过 计 算 分析 含 合 金 元 素 的丫一 F e 晶胞 的价 电子 结构 , 研 究其 在奥 氏体 相 变过 程 中所起 的作用 . 1 含合 金 元 素卜F e 晶 胞 的 价 电 子 结构 计 算模型 文献 【7] 给 出了合 金 原子 在下- F e 晶胞 中 的置 换位 置 , 对 于含 单 合金 元 素下习刃e 晶胞 中有下一 F e - M e , 卜F e - M e - M e 两 种 结构 单元 , 而 含两 种合 金 元 素 的丫- F e 晶 胞 中 则 有 丫- F e - M e ` 召一 F e 一 M -ex M ex 刁- F e 一 M 已详一 e 一 M e v- M 已 和 下- F e 一 M e仁 M 已 五 种结 构 单元 . 按照 E E T 理 论 的分 析 方 法仪 ,39l , 图 1 分别 为三 类 结构 单元 价 电子 结构计 算 模型 . 图中 显 示 , 合 金 原子 溶 入丫一 F e 晶胞后 , 使 得成 键种 类 增 加 召一 F e 晶胞 内只有 3 种键 型 介一 F e 一 M e 晶胞 内 有 6 种 键 型 , 而 对 于下` F e - M e x - M 已 晶胞 中 的键 型 则有 10 种 之 多 . 利 用 B L D ( B o n d L e n g ht D i fe er n e e ) 键 距差 分 析 计算 方 法 ` 2,39 , ,。 , , 编 写 计算 机运 算 程 序 . 需要 说 明的是 , 含合 金 元 素下- F e 晶胞 中 , 由于没 有各 原 子 的原子 磁距 、 原 子 半径 等 资料 可 资 借鉴 , 因此 以键距 差最 小 为原 子杂 化状 态确 定 的依 据 , 刘志 林 在进 行 含合 金 元 素下- F e 〔 晶胞 的 价 电子 结构 计 算 时 , 也采 用 了相 同的 处理 方法 『23] . 将 各 元素 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 06. 009