【文章內(nèi)容簡介】 該結(jié)構(gòu)單元內(nèi)全部原子的總共價電子數(shù)。用數(shù)學(xué)式子表示：一個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)全部個原子提供的共價電子總數(shù)為，一個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)全部共價鍵上的共價電子總數(shù)為，其中。所以 （） （）此即方程。 將方程和和前面的個方程聯(lián)立，即可在設(shè)定各原子雜階的前提下解出N個持求的解。將這N個值分別代入N個鍵距方程中去，就可求出各鍵的理論鍵距值。將這個理論鍵距和試驗鍵距的差 ()稱為鍵距差，以 ()判斷所設(shè)原子狀態(tài)是否與實際符合。若所有各鍵都滿足式()，則認為—級近似下所選的原子雜階與實際情況是一致的，否則需另設(shè)原子雜階，重新計算。 價電子理論國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前我國已有多所大專院校、科研單位以及工廠的多位科技工作者利用“經(jīng)驗電子理論”從事新材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究工作。他們不僅在金屬中原子的電子結(jié)構(gòu)描述、性質(zhì)的計算和預(yù)測等基本理論方面取得了重要進展，而且在揭示金屬材料的本質(zhì)、相變規(guī)律以及合金成分設(shè)計等方面也取得了可喜的成績。這些工作已在理論本身不斷發(fā)展的同時，顯示出電子理論在材料科學(xué)研究發(fā)展中的巨大威力。尤其是對材料的微觀物理圖像的認知和對材料性質(zhì)的理解方面的許多突破性進展，已經(jīng)引起國外同行學(xué)者和著名研究單位的興趣【3】。1982年開始的每年一度的長春EET經(jīng)驗交流會為該理論的完善及廣泛應(yīng)用起了推波助瀾的作用。中南工大的謝佑卿【4】等人在的基礎(chǔ)上，結(jié)合統(tǒng)計熱力學(xué)和能帶論，發(fā)展了一個新的理論“特征晶體理論”（理論），并在對鋁基復(fù)合材料的研究中得到了驗證。1984年日本學(xué)者湯川夏夫和森永正彥等根據(jù)離散變分理論并采用原子簇模型提出合金電子結(jié)構(gòu)計算的理論。1988年開始舉行的一年一度的《離散變分討論會》，使這一理論得到了推廣。值得一提的是，日本的研究觀點已從傳統(tǒng)的過渡族金屬為基的合金轉(zhuǎn)移到了非過渡族金屬為基的合金如Mg、Al等。其中，s、p電子取代d電子問題已成為研究重點。另一方面，材料科學(xué)和信息科學(xué)的結(jié)合為材料的設(shè)計發(fā)展了新的途徑。美國聯(lián)合收割機公司曾創(chuàng)立了CHAT系統(tǒng)，且發(fā)展了一個鋁合金設(shè)計的專家系統(tǒng)ALDAIN，它能從鋁材的化學(xué)成分和熱處理工藝提供顯微組織信息。美國新材料研究中心也開發(fā)出一種材料設(shè)計專家系統(tǒng)，它能根據(jù)所需性能來幫助選材，并提供有關(guān)材料試驗和失效分析等內(nèi)容。日本則開發(fā)出了一個計算機輔助合金設(shè)計程序，簡稱CAAD。 的統(tǒng)計值 的物理意義的晶體電子結(jié)構(gòu)是晶體中任意兩原子共價鍵上的共價電子分布和原子所處的狀態(tài)。關(guān)于最可幾狀態(tài)的確定是依據(jù)試驗測定值，如原子的磁距。當某種組態(tài)下磁距的計算值與實驗測試值相符時，這種組態(tài)就被視為原子的最可幾組態(tài)。自從固體與分子經(jīng)驗電子理論（）問世以來，許多學(xué)者用計算純金屬、固溶體和化合物及相界面的電子結(jié)構(gòu)。如上所述，求得的原子組態(tài)數(shù)為結(jié)構(gòu)中原子可能存在的全部組態(tài)數(shù)，對于純金屬和化合物值可達幾十組至幾百組，對于固溶體值可達數(shù)千組，在相界面上值可達數(shù)千萬組。從這樣多的原子組態(tài)中確定原子的最可幾狀態(tài)并非易事，尤其是沒有試驗測試值為參考時。為了解決中原子最可幾狀態(tài)確定的困難，我們依據(jù)“宏觀物理量應(yīng)是微觀狀態(tài)統(tǒng)計值”的思想，林成【5】在他的“高強高韌鈦合金電子結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能計算”的博士論文研究中嘗試了電子結(jié)構(gòu)參數(shù)、鍵能EA的統(tǒng)計值、的計算，用于鈦合金共析轉(zhuǎn)變的討論與實驗值符合較好。于是在合金力學(xué)性能的計算中用統(tǒng)計值代替最可幾狀值，在非調(diào)質(zhì)鋼終軋力學(xué)性能計算中獲得了令人滿意的結(jié)果。因此，當結(jié)構(gòu)中最可幾組態(tài)確定困難時值也可近似代替最可幾組態(tài)下的值。需要注意的是，是微觀狀態(tài)中某種結(jié)構(gòu)單元（晶胞）最強共價鍵上的共用電子對數(shù)的平均值，它不對應(yīng)某一具體的原子組態(tài)。 統(tǒng)計值的表示設(shè)合金相中原子可能存在的原子組態(tài)數(shù)為，每個狀態(tài)（）下合金相共價鍵上共價電子數(shù)為，則依據(jù)等概念原理，的統(tǒng)計值可表示為： （）式中，為任意一個原子組態(tài)上的值；為該原子組態(tài)出現(xiàn)的概率。由于是相最強鍵上的共價電子對數(shù)，它可表征相分解或重構(gòu)的難度。因此值需計算的統(tǒng)計值。 鋼化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)鋼主要化學(xué)成分【6】見下表： 鋼化學(xué)成分～～～～～ 其實鋼如同其它合金鋼一樣，還具有一些合金元素，比如、等，但是由于其合金含量相當?shù)停诒敬斡嬎阒胁蛔鲇懻?。一般使用的鋼有兩種狀態(tài)——馬氏體和，其中是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理獲得的。這種經(jīng)調(diào)質(zhì)處理得到的鋼具有較好的力學(xué)性能，它具有高強度、高塑性和高韌性，在油氣田的應(yīng)用中，大多采用的就是經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的鋼，其組織為。由于知道鋼使用狀態(tài)為，則可知其基本組織是鐵素體加珠光體。鐵素體是由組成的，珠光體是由加滲碳體組成。所以在此次計算中，使用的基本結(jié)構(gòu)為。 晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 根據(jù)【7】不同含碳量的點陣參數(shù)公式： ()式中，=；=；=。%進行計算，得到=，=。按照點陣參數(shù)計權(quán)平均思想，含碳晶胞的點陣參數(shù)為： （）式中AC為碳的原子百分數(shù),有： （）則代入（）式計算，得到=，=。 價電子結(jié)構(gòu)計算單元 不含氫鋼計算單元相空間的晶胞結(jié)構(gòu)是指相中原子所構(gòu)成的鍵絡(luò)、鍵絡(luò)上的電子分布以及其原子所處的狀態(tài)。由于鋼中含有以及四種合金元素、因此它的價電子結(jié)構(gòu)為可能出現(xiàn)的晶胞價電子結(jié)構(gòu)的混合【8】。從以往的研究發(fā)現(xiàn)一個問題，當合金材料中有三種或三種以上合金元素時，按常理推斷會有晶胞結(jié)構(gòu)、等出現(xiàn)，即一個晶胞中溶入三種甚至更多合金元素，但是這種晶胞類似超點陣結(jié)構(gòu)【9】，這種結(jié)構(gòu)目前在鋼中還很少發(fā)現(xiàn)，所以一個晶胞中3個（面心）原子全被合金元素置換的情形，可以不討論了。 根據(jù)上面的描述以及固相合金的偏聚理論，鋼中除有不含碳的、單元(晶胞)外，還應(yīng)有含碳結(jié)構(gòu)單元、其中、為溶入其中的合金原子。含碳結(jié)構(gòu)中合金原子的位置取決于各合金原子與碳的結(jié)合力強弱。在下面結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建中將按照晶格結(jié)構(gòu)的種類來。 含氫鋼計算單元當氫介入以后，將構(gòu)成新的晶胞單元，但是其基本結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化。由于氫原子的半徑很小，不會占據(jù)（面心鐵原子）的位置，而是根據(jù)含碳與否，分別進入四面體間隙或者八面體間隙。因此在已經(jīng)含有兩種合金元素的結(jié)構(gòu)單元中再加入氫時，一般不會形成超點陣結(jié)構(gòu)。具體是進入晶胞的體心位置，進入晶胞結(jié)構(gòu)的四面體間隙，對于所有含碳的晶胞結(jié)構(gòu)、氫是進入了八面體間隙。具體晶胞模型將在下章列出。具體晶胞結(jié)構(gòu)包括有、其中、為溶入其中的不同合金原子，無論含氫或不含氫，、在本次畢業(yè)設(shè)計中均指代的是、中的一種。FeFeca0AB 晶胞的計算模型 1） 的晶胞結(jié)構(gòu)資料如下：晶體結(jié)構(gòu)類型：A2；；Im3m（）單胞內(nèi)原子數(shù)：A=2等效點陣位置：（0，0，0；1/2，1/2，1/2）+Fe：2 a m3m 0，0，0點陣參數(shù)：=。其中A表示的鍵，B表示的鍵。 晶胞結(jié)構(gòu)模型的Fe原子磁距值為=。 2） 實驗鍵距和等同鍵數(shù)實驗鍵距： 等同鍵數(shù)： u位置點群：m3m，階為48；v位置有u原子位置點群的3次軸和通過。由于3m子群的階為6，故： 所以 。IB： S位置點群：m3m，階為48；t位置有s原子位置點群的4次軸和通過。由于4m子群的階為8，故： 所以 。3） 鍵距方程