精密成形工程

作者：黄璞, 成林, 许泽岷, 夏锴, 胡丞杨, 吴开明

单位：武汉科技大学 a.理学院 b.高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心,武汉 430081

关键词：氢脆,空位,合金元素,钢,第一性原理计算

基金：国家自然科学基金（52071238）

目的 揭示应变、置换型合金元素及间隙型合金元素对体心立方（BCC）铁中空位氢陷阱效应的影响机制,为提高钢材的抗氢脆性能提供理论支持。方法 基于密度泛函的第一性原理计算方法,系统研究了单轴应变及不同类型合金元素对BCC铁中空位的氢陷阱的结合能影响,计算分析了结构的电子密度分布和态密度。结果 单轴应变可以降低空位形成能,并对氢-空位结合能的影响呈现强烈的各向异性：垂直于应变轴的空位氢陷阱能力下降,而平行于应变轴的空位氢陷阱能力增强。此外,置换型合金元素（Mn、Si、Cr、Mo、Ti、W、Li、Al、Cu、Ni、Co、V）可通过调控局部电子结构和晶格畸变,在不同取向上分别削弱或增强氢的陷阱作用;间隙型合金元素（C、N）则通过引发显著的晶格畸变和电子结构重排,在空位周围形成2个稳定的氢捕获位点。结论 揭示了应变及合金元素对BCC铁中空位氢陷阱效应的微观机制,发现应变诱导的晶格畸变对氢陷阱能力具有方向性影响,而合金元素的体积参数和电子结构调控作用对氢-空位相互作用起决定性作用。这些结果为优化合金设计、提高钢材抗氢脆能力提供了重要的理论依据。

来源：2026年第1期

《精密成形工程》期刊编辑部

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