Fe_Cu合金析出强化行为的价电子结构理论研究.doc

第 47 卷第 18 期 2 0 1 1 年 9 月 机 械 工 程 学 报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING  Vol.47 No.18 Sep. 2 0 1 1  DOI：10.3901/JME.2011.18.033 Fe-Cu 合金析出强化行为的价电子结构理论研究* 王海燕 1, 2 任慧平 1 高雪云 3 刘宗昌 1 王玉峰 1 (1. 内蒙古科技大学材料与冶金学院 包头 014010； 北京科技大学材料科学与工程学院 北京 100083； 中冶东方工程技术有限公司 包头 014010) 摘要：运用固体与分子经验电子理论，建立 Fe-Cu 二元合金固态时效过程中基体及析出相的价电子结构模型，从电子层次揭 示 Fe-Cu 合金强化机理。理论计算结果表明，合金中 Cu 原子与 Fe 原子通过化学键结合，其时效峰值处所形成的类 B2 结构 亚稳相的最强和次强键的共价电子对数远高于合金基体 α-Fe 晶胞的最强和次强键，同时析出相各键的结合能也高于合金基 体，这种较强的 Fe-Cu 键形成规则排列，使得 Fe-Cu 最强键上的共价电子对数增加，起到提高合金整体键强的作用。同时， 高键能的 Fe-Cu 偏聚形成的析出相会增加位错运动的阻力，使合金的强度得到明显提高。利用 EET 理论预测 Fe-Cu 析出强化 结果与实测结果吻合良好，验证了该方法的有效性和可靠性。 关键词：Fe-Cu 合金 强化 价电子结构 经验电子理论 中图分类号：TG113 Valence Electron Structure Analysis on Precipitation Strengthening of Fe-Cu Alloy WANG Haiyan1, 2 REN Huiping1 GAO Xueyun3 LIU Zongchang1 WANG Yufeng1 (1. School of Materials and Metallurgy, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010; School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083; Beris Engineering and Research Corporation, Baotou 014010) Abstract：Valence electron structure model of matrix and precipitates of Fe-Cu binary alloys are established by using empirical electron theory (EET) of solids and molecules, to reveals the Fe-Cu alloy strengthening mechanism from the electronic level. Theoretical results show that the Cu and Fe atoms form by chemical bonds in alloy, the covalent electron pairs of the strongest and the second strong bond of the metastable B2-like structure phase, which formed in the aging peak, is far stronger than that of α-Fe matrix cell, and the bond binding energy of precipitates is higher than the matrix as well. The strong Fe-Cu bonds arranged regularly, increases the covalent electron pairs of Fe-Cu strongest bond, and stabilize total bond of the alloy. At the same time, high bond energy Fe-Cu precipitates increases the resistance of dislocation motion, and strengthen the alloy. There is