M7C3碳化物团聚生长模型与微观摩擦磨损行为分子动力学模拟

Hypereutectic Fe-Cr-C alloy has been widely attention by Metal Additive Manufacturing. The primary M7C3 carbide is the main strengthening phase in the hypereutectic Fe-Cr-C alloy. When its demension is large, it can desquamated easily from the surface of the hypereutectic Fe-Cr-C alloy, so that the wear resistance of the hypereutectic Fe-Cr-C alloy will be decreated largely. Based on the preparation of the hypereutectic Fe-Cr-C alloy and refinement of primary M7C3 carbide, the growth of the primary M7C3 carbide during different solidification process and the tribological behavior of the hypereutectic Fe-Cr-C alloy will be investigated by experimental method. The primary M7C3 carbide crystal model will be established by molecular dynamics mothed and the forming process of the stacking fault in the primary M7C3 carbide will be simulated. The effect of the factors such as dislocation, vacancy, impurity atom on aggregation growth of the primary M7C3 carbide and the mechanism of the aggregation growth of the primary M7C3 carbide will be proposed. The micro-tribological behavior of the primary M7C3 carbide will be simulated and the micro-mechanism of the elasticoplastic deformation, local crack and desquamation of the primary M7C3 carbide during wear process. Then, the relationship among growth, refinement and wear resisance of the primary M7C3 carbide will be established, which can provide theoretic foundation for understanding the mechanism of the growth mechanism of the primary M7C3 carbide in the hypereutectic Fe-Cr-C alloy.

过共晶 Fe-Cr-C 合金已经被金属增材制造领域广泛关注。初生M7C3碳化物是过共晶Fe-Cr-C合金的主要强化相。当其尺寸较大时易从基体中剥落，降低了合金的耐磨性。本申请采用堆焊方法制备过共晶Fe-Cr-C合金，在细化初生M7C3碳化物基础上，采用实验方法研究不同凝固阶段初生M7C3碳化物的生长过程和过共晶Fe-Cr-C合金的摩擦磨损行为；采用分子动力学方法建立初生M7C3碳化物晶体模型，模拟初生M7C3碳化物堆垛层错的形成过程，分析位错、空位、杂质原子等因素对初生M7C3碳化物团聚生长过程的影响，提出初生M7C3碳化物的团聚生长机制；模拟初生M7C3碳化物的微观摩擦磨损行为，提出初生M7C3碳化物在磨损过程中的弹塑性变形和局部开裂、剥落的微观机制。在此基础上，建立初生M7C3碳化物生长-细化-耐磨性之间的关系，为制备出抗剥落性更强、耐磨性更高的过共晶Fe-Cr-C合金提供理论依据。

过共晶 Fe-Cr-C 合金已经被金属增材制造领域广泛关注。初生M7C3碳化物是过共晶Fe-Cr-C合金的主要强化相。当其尺寸较大时易从基体中剥落，降低了合金的耐磨性。.本申请采用堆焊方法制备过共晶Fe-Cr-C合金，在细化初生M7C3碳化物基础上，采用实验方法研究不同凝固阶段初生M7C3碳化物的生长过程和过共晶Fe-Cr-C合金的摩擦磨损行为；采用分子动力学方法建立初生M7C3碳化物晶体模型，模拟初生M7C3碳化物堆垛层错的形成过程，分析位错、空位、杂质原子等因素对初生M7C3碳化物团聚生长过程的影响，提出初生M7C3碳化物的团聚生长机制；模拟初生M7C3碳化物的微观摩擦磨损行为，提出初生M7C3碳化物在磨损过程中的弹塑性变形和局部开裂、剥落的微观机制。.本项目在实验研究初生M7C3碳化物生长过程和过共晶Fe-Cr-C堆焊合金摩擦磨损行为的基础上，建立了初生M7C3碳化物理想晶体模型，模拟了初生M7C3碳化物堆垛层错的形成过程，分析了初生M7C3碳化物团聚生长过程的影响因素，提出了初生M7C3碳化物的团聚生长机制；模拟了初生M7C3碳化物的微观摩擦磨损行为，提出了初生M7C3碳化物在磨损过程中的弹塑性变形和局部开裂、剥落的微观机制。在此基础上，建立了初生M7C3碳化物生长-细化-耐磨性之间的关系。.本项目在《Materials & Design》、《Materials Science & Engineering A》、《Applied Surface Science》、《Surface & Coatings Technology》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Journal of Materials Science》《Computational Materials Science》、等国际刊物发表学术论文45篇，其中被SCI收录45篇，其中一区Top论文2篇，二区Top论文19篇；授权国家发明专利2件。培养博士研究生4人、硕士研究生7人。.本项目研究不仅建立了初生M7C3碳化物生长-细化-耐磨性之间的关系，而且为制备出抗剥落性更强、耐磨性更高的过共晶Fe-Cr-C合金提供了理论依据。