基于Fe的d电子数的元素影响钢铁脆性的机理研究

钢铁的脆性问题一直是金属学领域的重要研究课题。俄歇电子能谱的分析结果表明脆性断裂主要是由于一些元素在晶界的偏析造成的，但是不同元素在钢铁中"致脆"或"增韧"的机理尚不明晰。近期的理论与实验的研究进展都表明不同元素对Fe的电子结构的影响存在差异。申请人等采用电子能量损失谱研究了四种商用钢铁中Fe的d电子数，发现不同断裂模式的钢铁晶界处Fe的d电子数相对于晶粒内部的变化趋势不同；并且发现在所研究的铁合金中C、P、Mo等元素影响Fe的d电子数的趋势与它们影响钢铁脆性的趋势一致。因此，申请人拟采用电子能量损失谱考察以上实验结论的普适性。本项目将从元素种类、元素含量、晶界偏析以及元素的相互作用等四个方面研究一些典型元素对Fe的d电子数的影响，并结合这些元素对钢铁脆性的影响，进而从d电子数的角度来解释不同元素影响钢铁脆性的机理。

钢铁的脆性问题一直是金属学领域的一个古老、基础而又重要的课题。俄歇电子能谱的分析结果表明脆性断裂是由于一些杂质元素在晶界的偏析造成的。但是，不同元素在钢铁中致脆或增韧的机理尚不明晰。本项目利用电子能量损失谱的白线强度得到了一系列含Fe合金中Fe的d电子数，力图从d电子数的角度解释元素导致钢铁脆性的机理。. 研究发现，当元素加入到纯铁中后，那些能够导致钢铁脆性的因素都会导致Fe的d电子数的增大。如增加元素含量、提高冷却速度、添加致脆能力强的元素等。在钢铁中，元素致脆的能力越强，则其增大Fe的d电子数的能力越大。研究发现元素固溶强化能力的强弱与其改变Fe的d电子数能力的大小有相同的趋势。. P、Sn、Sn是钢铁中典型的脆性元素，通常在铁中的溶解度很小，容易在晶界偏析。其偏析增大了晶界处Fe的d电子数，使晶界处Fe的d 电子数大于晶粒内部；而在其中再添加韧性元素C、Mo等元素后，发现它们能够抑制脆性元素导致的Fe的d电子数的增加。我们从d 电子数的角度讨论了晶界结合能的变化。如果晶界处Fe的d电子数比晶粒内部大，则晶界处Fe-Fe键能比晶粒内部低，容易发生脆性的沿晶断裂。