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引言1

1微观组织特征相电子结构参数计算基础5

1.1微观组织特征相的电子结构参数5

1.2微观组织特征相共价键络、共价键距、等同键数的确定6

1.2.1Du-v(na)、Du-vna的确定6

1.2.2lα的计算7

1.2.3奥氏体晶胞的共价键络、实验键距及等同键数lα7

1.3微观组织共价键上电子分布nα的计算公式8

1.4利用BLD法求解共价键上的共价电子分布nα8

1.4.1利用BLD法推导rα’8

1.4.2建立nA方程，求解nα’10

1.4.3奥氏体晶胞各条共价键上的共用电子对数计算10

1.5微观组织特征相原子状态组数σ的计算11

1.5.1EET的原子状态参数11

1.5.2EET的原子杂化状态12

1.5.3利用BLD法计算奥氏体晶胞中的原子状态数σN14

1.6微观组织特征相的类型16

1.7微观组织特征相电子结构参数nα的统计值n'α的计算16

1.8小结17

2微观组织相界面电子结构参数计算基础19

2.1微观组织相界面19

2.1.1奥氏体化微观组织中的相界面γ-Fe（111）/A-Fe-C（111)19

2.1.2淬火微观组织中的相界面20

2.1.3低温回火微观组织中的相界面21

2.1.4中温回火微观组织中的相界面21

2.1.5高温回火微观组织中的相界面21

2.2微观组织相界面的电子结构参数22

2.2.1微观组织相平面的电子密度ρ22

2.2.2相界面的电子密度差△ρ22

2.2.3相界面上的原子组态数σ(hkl）/（uvw）23

2.3含C晶胞相平面电子密度ρ（hkl）的计算23

2.3.1∑na(110)la(110)的计算23

2.3.2S（110）的计算26

2.3.3ρα-Fe-C(110)的计算26

2.3.4晶面电子密度ρ（hkl）的多值性27

2.4α-Fe晶胞相平面电子密度的计算28

2.4.1α-Fe晶胞的电子结构29

2.4.2α-Fe晶胞（110）面的电子密度30

2.5马氏体晶胞（110）面的电子密度30

2.6微观组织相界面电子密度差△ρ和σ的计算31

2.7微观组织相界面电子密度差统计值△ρ’的计算32

2.8小结32

3淬火微观组织特征相的电子结构及力学性能理论计算34

3.1计算力学性能的电子结构参数34

3.2淬火微观组织中的特征相35

3.2.1奥氏体化微观组织中的特征相35

3.2.2淬火微观组织中的特征相35

3.3淬火微观组织中的相界面35

3.4特征相α’-Fe-C晶胞n'A的计算36

3.5α’-Fe-C-M、α’-Fe-M、α’-Fe晶胞n'A值的计算39

3.6△ρ’的计算41

3.6.1α’-Fe（110）/α’-Fe-M（110）界面的△ρ’值41

3.6.2α’-Fe（110）/α’-Fe-C-(M)(110)相界面的△ρ’值43

3.7马氏体转变的强化机制45

3.7.1固溶强化及强化系数45

3.7.2界面强化及强化系数46

3.8马氏体转变的强化权重W46

3.9淬火马氏体强度的计算48

3.9.1淬火马氏体固溶强化强度增量的计算48

3.9.2淬火马氏体界面强化强度增量的计算48

3.9.3淬火马氏体的强度计算49

3.10淬火马氏体伸长率的计算49

3.10.1无碳马氏体的伸长率49

3.10.2淬火马氏体固溶强化伸长率的降低量50

3.10.3淬火马氏体界面强化伸长率的降低量50

3.10.4淬火马氏体伸长率的计算51

3.11淬火马氏体冲击功的计算51

3.11.1固溶强化产生的冲击功降低量△AK51

3.11.2界面强化产生的冲击功降低量51

3.11.3原子状态组数σN引起的冲击功改变52

3.11.4淬火马氏体冲击功的计算53

3.12 45钢淬火马氏体力学性能53

4低温回火组织特征相的电子结构及力学性能的理论计算54

4.1ε-Fe3 C相电子结构的计算54

4.1.1ε-Fe3C最强共价键共价电子对数nA及原子状态组数σN的计算54

4.1.2ε-Fe3C最强共价键电子对数统计值n’A的计算58

4.2α-Fe-C（110）/ε-Fe3C（0001）相界面电子密度差△ρ及统计值△ρ’的计算58

4.2.1ε-Fe3 C晶胞（0001）晶面电子密度ρε-Fe3C(0001)的计算58

4.2.2α-Fe-C晶胞(110)晶面的电子密度ρα-Fe-C(110)的计算58

4.2.3α-Fe-C（110）/ε-Fe3C（0001）界面电子密度差△ρ的计算60

4.2.4α-Fe-C（110）/ε-Fe3C（0001）界面原子状态组数σ的计算61

4.2.5α-Fe-C（110）/ε-Fe3C（0001）界面电子密度差统计值△ρ’的计算61

4.3含有合金元素M时统计值n'A、△ρ’的计算61

4.4ε-Fe3C、ε-（FeM）3C相及相界面电子结构参数的统计值61

4.5马氏体最强键键能EA的计算62

4.5.1B值的计算63

4.5.2F值的计算63

4.5.3EA的计算65

4.5.4含合金元素M的EA计算66

4.5.5淬火马氏体含C晶胞α-Fe-C、α-Fe-C-M和ε-Fe3C、ε-（FeM）3C结构单元E'A的计算66

4.6淬火马氏体低温回火时的相变及强化机制的电子理论分析66

4.6.1相变分析66

4.6.2强化机制分析67

4.7回火马氏体的强化系数及强化权重67

4.7.1回火马氏体的强化系数67

4.7.2回火马氏体的强化权重67

4.8回火马氏体的力学性能计算68

4.8.1回火马氏体强度的计算68

4.8.2回火马氏体伸长率的计算69

4.8.3回火马氏体冲击功的计算70

4.9 45钢低温回火的力学性能70

5马氏体中温回火产物的电子结构及力学性能的理论计算72

5.1屈氏体的电子结构参数72

5.2θ-Fe3C相的共价键络、等同键数及键距方程72

5.3θ-Fe3C最强共价键共价电子数统计值n'A及原子状态组数σN的计算74

5.4合金θ-Fe3C相n’nA及σN的计算75

5.5θ-Fe3C/α相界面电子结构参数的计算79

5.5.1屈氏体中α相（112）晶面电子密度ρ（112）的计算79

5.5.2屈氏体中θ-Fe3C、θ-（FeM）3C（001）晶面电子密度的计算81

5.5.3α（112）/θ-Fe3C（001）界面电子密度差统计值△ρ’及原子状态组数σ的计算82

5.5.4屈氏体相及相界面的电子结构参数83

5.6马氏体中温回火时的相变84

5.7屈氏体强化机制的电子理论分析85

5.7.1固溶强化85

5.7.2界面强化85

5.8屈氏体的强化权重85

5.8.1C、Mn的强化权重86

5.8.2Si、Ni的强化权重87

5.8.3Cr的强化权重88

5.9中温回火强度计算89

5.9.1含C、Mn结构单元中温回火时强度变化量的计算89

5.9.2含Si、Ni结构单元强度变化量的计算90

5.9.3α-Fe-M结构单元强度变化量的计算91

5.9.4含Cr结构单元强度的变化量91

5.9.5中温回火转变产物强度的计算91

5.10中温回火转变伸长率的计算92

5.10.1含C、Mn结构单元伸长率的计算92

5.10.2含Si、Ni结构单元伸长率的计算93

5.10.3α-Fe-M结构单元伸长率的改变量93

5.10.4含Cr结构单元的伸长率94

5.10.5中温回火产物伸长率的计算95

5.11中温回火转变冲击功的计算95

5.11.1含C、Mn结构单元冲击功的计算95

5.11.2含Si、Ni结构单元冲击功的计算96

5.11.3α-Fe-M结构单元冲击功的计算96

5.11.4σN对α-Fe-M结构单元冲击功的影响97

5.11.5含Cr结构单元冲击功的计算97

5.11.6中温回火产物冲击功的计算98

5.12 45钢中温回火产物的力学性能98

6马氏体高温回火产物的电子结构及力学性能的理论计算99

6.1高温回火相变及权重的计算99

6.1.1含C、Mn结构单元的相变及权重计算99

6.1.2含Si、Ni结构单元的相变及权重计算100

6.1.3含Cr结构单元的相变及权重103

6.2高温回火的强化机制104

6.3高温回火强度计算105

6.3.1含C、Mn结构单元强度的计算105

6.3.2含Si、Ni结构单元强度的计算106

6.3.3含Cr结构单元强度改变量的计算107

6.3.4α-Fe-M结构单元强度的计算108

6.3.5高温回火产物强度计算108

6.4高温回火伸长率的计算109

6.4.1含C、Mn结构单元伸长率的计算109

6.4.2含Si、Ni结构单元伸长率的计算110

6.4.3含Cr结构单元伸长率的计算111

6.4.4α-Fe-M结构单元伸长率的计算112

6.4.5高温回火伸长率的计算113

6.5高温回火冲击功的计算113

6.5.1含C、Mn结构单元冲击功的计算113

6.5.2含Si、Ni结构单元冲击功的计算114

6.5.3含Cr结构单元冲击功的计算115

6.5.4α-Fe-M结构单元冲击功的计算115

6.5.5σN值对α-Fe-M单元冲击功的影响116

6.5.6高温回火产物冲击功的计算116

6.6 45钢高温回火后的力学性能117

7微观组织特征相的电子结构与疲劳性能118

7.1表征疲劳性能的电子结构参数118

7.1.1特征相的电子结构参数118

7.1.2特征相界面的电子结构参数118

7.2特征相nmaxA和nminA的计算119

7.3特征相界面Δρmax和Δρmin的计算120

7.4疲劳曲线上第二类中断的电子理论分析122

7.4.1第二类中断122

7.4.2低碳钢微观组织特征相的电子结构参数与第二类中断的关系123

7.5微观组织的电子结构对疲劳裂纹形成及扩展的影响124

7.5.1n'A和Δρ’与微观组织疲劳裂纹形成的关系124

7.5.2nmaxA和minA值与微观组织特征相疲劳裂纹萌生和扩展的关系125

7.5.3Δρmin和Δρmax与微观组织特征相界面疲劳裂纹萌生和扩展的关系126

7.6特征相及相界面的电子结构参数与疲劳裂纹扩展不同阶段的关系126

7.6.1lgda/dN-lg△K曲线126

7.6.2A区的特征与特征相电子结构的关系127

7.6.3B区的特征与特征相界面电子结构的关系128

7.6.4C区的特征与特征相界面电子结构关系130

7.7不扩展裂纹与特征相及相界面电子结构的关系131

7.7.1软钢中的不扩展裂纹131

7.7.2不扩展裂纹对应的特征相和相界面及其电子结构132

7.7.3特征相及相界面的电子结构对不扩展裂纹的影响132

7.8微观组织的电子结构对疲劳裂纹扩展阈值△Kth的影响133

7.9淬火回火微观组织的电子结构及其疲劳性能预测135

7.9.1淬火、不同温度回火微观组织的电子结构135

7.9.2淬火、不同温度回火微观组织的疲劳性能预测137

7.9.3预测结果印证138

7.10 45钢调质微观组织疲劳性能理论预测139

7.10.1 45钢调质微观组织的电子结构139

7.10.2 45钢调质微观组织特征强度的计算139

7.10.3 45钢调质微观组织疲劳性能预测140

7.10.4 预测结果印证140

参考文献142