Fe-Mn(Cr)-C系合金马氏体的价电子结构分析.doc

Fe-Mn(Cr)-C系合金马氏体的价电子结构分析 吕宇鹏　李士同　雷廷权　陈方生朝志强　朱瑞富 摘　要：从奥氏体中原子分布和八面体的原子组态两个方面证明了晶胞类型的多样性，在Fe-Mn(Cr)-C奥氏体中，含1个Mn(Cr)原子晶胞的存在概率最大；建立了Fe-12 Cr-1.0 C和Fe-10 Mn-1.0 C马氏体的价电子结构。在含C-Mn(Cr)晶胞中，C-Mn(Cr)键最强，且其共价电子对数超过相应成分奥氏体中的共价电子对数。关键词：Fe-Mn(Cr)-C合金，马氏体，价电子结构中图分类号：TG142，TG111 Analysis on Valence Electron Structure ofAlloying Martensite for Fe-Mn(Cr)-CLu Yupeng　Li Shitong　Lei TingquanChen Fangsheng　Chao Zhiqiang　Zhu Ruifu1) Harbin Institute of Technology　Harbin　1500012) Shandong University of Technology　Jinan　250061 ABSTRACT：The variety of crystal cell in austenite is indicated based on atomic configuration and octahedron structure. The cell with one Mn(Cr) atom is most propable for austenite in Fe-Mn(Cr)-C. The valence electron structures of martensite in Fe-12 Cr-1.0 C and Fe-10 Mn-1.0 C are determined. The C-Mn(Cr) bond is the strongest in crystal cell containing C-Mn(Cr) and the number of covalent electron couple in martensite is larger than that in austenite with identical composition.KEY WORDS：Fe-Mn(Cr)-C alloy,martensite,valence electron structure　　Fe-Mn(Cr)-C系合金是工业生产中广泛应用的金属材料，而马氏体是该类材料中经常出现的一个重要相。本文拟在Fe-C马氏体价电子结构分析的基础上［1］分析Fe-Mn(Cr)-C系合金马氏体的价电子结构，旨在为该类合金的理论设计及性能改善提供理论依据。1　合金奥氏体晶胞类型的分析　　给定成分的合金，在知道其主要化学成分的质量分数后，就可以将质量分数换算成原子分数，从而得出各元素在晶胞中的分配情况。Fe-10 Mn-1.0 C和Fe-12 Cr-1.0 C合金奥氏体中化学成分的原子分数如表1所示。　　通过对表1的数据分析可知：在Fe-10 Mn-1.0 C合金奥氏体中，平均每2个晶胞中含有1个锰原子，每5个晶胞中含有1个碳原子；在Fe-12 Cr-1.0 C合金奥氏体中，平均每1～2个晶胞中含有1个铬原子，每4个晶胞中含有1个碳原子。在面心立方结构的单晶胞中，虽然八面体间隙较多，但因为碳的原子分数不是很大 ， 所以1个含碳晶胞中只能含有1个碳原子，即只有1个八面体含有碳原子。通过以上分析可知，合金奥氏体的晶胞应具有多种类型。 表1　Fe-Mn(Cr)-C合金奥氏体中各元素的原子分数(%)及其与铁原子之比Table 1　Fraction of various elements in alloying austenite for Fe-Mn(Cr)-C and their ratio to Fe atom 合　　金 Fe Cr Mn C Fe/Cr Fe/Mn Fe/C Fe-10 Mn-1.0 CFe-12 Cr-1.0 C 85.1882.57 12.80 10.16 4.654.62 4/0.62 4/0.47 4/0.224/0.22 　　在不含碳晶胞中，应包括γ-Fe晶胞和Fe-Me(Me为锰或铬原子，下同)晶胞；在含碳晶胞中，应包括Fe-C晶胞和Fe-Me-C晶胞；在不含Me晶胞中，应包括γ-Fe晶胞和Fe-C晶胞；在含Me晶胞中，应包括Fe-Me晶胞和Fe-Me-C晶胞。一种晶胞对应一种溶质原子组态，各种原子组态存在的几率可通过D.C.Cook给出的公式［2］计算得出。Fe-Mn(Cr)-C系合