【摘 要】
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具有正交结构的渗碳体是钢中最重要的物相之一，以元素Mn和Cr为代表的碳化物形成元素在一定的条件下能够进入渗碳体中，形成合金渗碳体。在随后钢的处理和加工过程（尤其是钢的回火
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具有正交结构的渗碳体是钢中最重要的物相之一，以元素Mn和Cr为代表的碳化物形成元素在一定的条件下能够进入渗碳体中，形成合金渗碳体。在随后钢的处理和加工过程（尤其是钢的回火、时效、渗碳，热加工、冷加工以及高压处理）中，钢的性能将随着合金渗碳体的结构、成分与性能的变化而发生一系列变化。然而，在上述处理过程中，对于合金元素掺杂后渗碳体的结构与成分会发生什么样的变化，以及所形成的合金渗碳体是否能稳定存在等问题，一直以来并没有比较明确的认识，特别是从电子与原子层面，而这些问题的解决又对于合金钢加工工艺的制定与性能的改进具有重要的指导意义。本文采用第一性原理方法计算了Mn/Cr合金渗碳体的晶格常数、几何密度、能量与力学稳定性、弹性常数、体弹性模量、自旋磁矩、态密度，在原子尺度上研究了合金元素对渗碳体电子结构及相稳定性的影响规律，取得如下主要研究结果：（1）合金元素Mn/Cr置换渗碳体晶胞中一个Fe原子后形成的合金渗碳体，存在六种合金化形式；（2）由于Mn/Cr与Fe原子半径之间的差异，掺杂后合金渗碳体的晶胞发生畸变，晶格类型亦发生改变；（3） Cr掺杂合金渗碳体Fe11CrC4形成能较高，Mn合金渗碳体Fe11MnC4形成能较低，而且从形成能角度来看，Cr掺杂合金渗碳体Fe11CrC4系统稳定性最低，Mn合金渗碳体Fe11MnC4次之，渗碳体（θ-Fe3C）最高；（4） Mn/Cr掺杂合金渗碳体力学稳定性不高，Mn/Cr掺杂使渗碳体的剪切模量降低；（5）合金元素掺杂后渗碳体的磁性发生明显变化，合金渗碳体Fe11MnC4与Fe11CrC4的自旋磁矩明显低于渗碳体（θ-Fe3C），而且Cr掺杂合金渗碳体的自旋磁矩低于Mn合金渗碳体。
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