摘要：

為研制應用于船用低速機缸套的新型鑄鐵材料,提出多尺度設計稀土摻雜Tarkall-C合金,使其符合設計使用要求。本文主要使用多尺度模擬方法,從第一性原理計算及有限元模擬兩個方面,對稀土摻雜Tarkall-C合金進行了研究。從第一性原理的角度,從量子尺度研究了稀土摻雜對Tarkall-C合金中滲碳體、鐵素體的晶格結構、態密度、彈性模量造成的影響。在有限元模擬角度,建立了預測稀土摻雜Tarkall-C合金的顯微組織二維理論模型,并對其力學性能進行了預測。同時對制備的稀土摻雜Tarkall-C合金進行了表征。本文計算了滲碳體及合金滲碳體、鐵素體及合金鐵素體晶格結構,計算結果表明稀土元素摻雜對滲碳體和鐵素體的晶格結構有較大的影響。從宏觀層面上看晶格結構的改變意味著較大的晶格畸變的產生,會在材料基體中產生較多的位錯、空位等缺陷,對材料的力學性能產生較大的影響。同時通過對能量、態密度、彈性性質等方面的計算分析稀土元素摻雜過程的分配行為,并且對稀土原子摻雜形成合金滲碳體的種類進行分析。建立了Tarkall-C合金的理論模型,并且預測了稀土摻雜量為0%和0.1%的Tarkall-C合金的彈性模量及剪切模量。根據有限元模擬的結果分析了材料摩擦過程中裂紋及損傷產生的顯微組織機理,分析了材料摩擦過程中的疲勞損傷和裂紋產生的位置,以及摩擦過程中較硬的珠光體相和滲碳體相更容易脫落。制備了稀土摻雜Tarkall-C合金試樣并且進行了力學性能測試,得到具有良好性能的稀土摻雜Tarkall-C合金。

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總結

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