[发明专利]一种应用价电子结构理论预测纯铜和铜合金绝热剪切敏感性的方法

摘要

一种应用价电子结构理论预测纯铜和铜合金绝热剪切敏感性的方法，以材料性能参数和应变率为变量的产生绝热剪切带所需能量的大小作为衡量绝热剪切敏感性的指标；应用价电子结构理论，得到价电子结构参数与铜合金性能参数之间的关系，在相同切削条件下，从电子结构层次揭示合金元素与绝热剪切敏感性之间的本质关系，预测纯铜和铜合金发生绝热剪切现象的难易程度，为设计具有不同绝热剪切敏感性的材料提供依据，研究结果有助于进一步认识锯齿形切屑绝热剪切现象形成机理，丰富切削理论，为高速切削加工生产实践服务。

主权项

1.一种应用价电子结构理论预测纯铜和铜合金绝热剪切敏感性的方法，其特征在于包括下列步骤：1)对纯铜和铜合金进行键距差分析，计算价电子结构参数；根据纯铜晶体结构，实验键距为a0为晶格常数；等同键数为IA＝12，IB＝6，IC＝24；理论键距为：其中β为与最强键上共价电子对数n_A相关的常数(单位：nm)：R_Cuσ(l)为杂阶σ时Cu原子的单键半距，n_A，n_B和n_C分别是共价键和的共价电子对数；式(2)减去式(3),式(2)减去式(4)，得：式中β为与最强键上共价电子对数相关的常数，β＝0.06nm；式中γ_A＝1，所有满足键距差的n_A,n_B和n_c值都是原子状态，ΔD_α最小时的n_A即为所求值；由式(7)计算晶格电子数n_l；nlσ＝(1‑τ)lChσ+(1‑τ')l'Ctσ   (7)式中l＝1，τ＝0，l′＝1，τ′＝0；对于含铜合金,其单键半距R_Xσ(l)和共价电子数分别为：式中m_Cu和m_μ分别为铜合金中铜原子的质量百分数和合金元素μ的质量百分数, 和分别为铜合金中铜原子和合金元素μ原子的共价电子数，σ为杂阶；实验键距和等同键数为：根据式(8)和式(9)，其它采用和纯铜相同的方法计算出铜合金的最大共价电子对数nA和晶格电子数nl；2)以价电子结构参数表达纯铜和铜合金的性能参数；以最强共价键上的最大共价电子对数nA值表征屈服强度，nA值越大，屈服强度越大，以晶格电子数nl表征热导率的大小，晶格电子数nl越小，热导率越低；3)以材料性能参数和应变率为变量的产生绝热剪切带所需能量的大小作为衡量绝热剪切敏感性的指标；形成绝热剪切带时所需的能量为式中：A为和材料有关的参数，λ为热导率，τ_y为屈服强度，为应变率；G值越小，绝热剪切敏感性越高，铜合金参数A相等，在相同的试验条件下，应变率相等，因此，屈服强度越高，G值越小，绝热剪切敏感性越高，同样，热导率越小，G值越小，绝热剪切敏感性越高，通过计算纯铜和不同铜合金中合金元素的价电子结构参数n_A和n_l值，可知n_A值越大，n_l值越小，绝热剪切敏感性越高，反之，绝热剪切敏感性低，就不用做试验即可预测产生绝热剪切带的难易程度。