TiAl金屬間化合物力學(xué)性質(zhì)及理論機(jī)制的計(jì)算研究.pdf

1、TiAl合金由于具有密度小,高溫性能好等諸多優(yōu)點(diǎn),在航天、航空等行業(yè)深受青睞,然而力學(xué)性質(zhì)尤其脆性大限制了其廣泛應(yīng)用。為致力將TiAl合金發(fā)展成實(shí)際應(yīng)用的航空、航天材料,目前國(guó)內(nèi)外科研工作者在采用合金化及熱加工等手段來(lái)改善其脆性等方面開(kāi)展了大量工作,本論文選取TiAl合金作為研究對(duì)象,依托改善TiAl合金力學(xué)性質(zhì)的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果為背景,建立合金形成熱、彈性常數(shù)等微觀物理量與合金體系相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、力學(xué)性質(zhì)等宏觀性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)第一性原理

2、的計(jì)算方法獲得TiAl合金的微觀物理特征量及各種電子結(jié)構(gòu)信息,在研究TiAl合金基本物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上,以Zn、Co、Fe、Sc、Nb、V、Cu、Cr原子置換TiAl中的Al來(lái)考查合金化效應(yīng)對(duì)體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與力學(xué)性質(zhì)的影響,基于電子機(jī)制的分析,探討合金化提高TiAl體系力學(xué)性質(zhì)的理論機(jī)制。
　　 計(jì)算了富Al和富Ti兩種TiAl合金體系的平衡晶格常數(shù)、合金形成熱、態(tài)密度和能帶,發(fā)現(xiàn)平衡晶格常數(shù)計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值和他人計(jì)算值基本吻合；富

3、Al的TiAl合金的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)于富Ti的TiAl合金；富Al的TiAl合金的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)于富Ti的TiAl合金的主要因?yàn)樵谟诟籄l的TiAl合金在費(fèi)米能級(jí)上的成鍵電子數(shù)少于富Ti的TiAl合金。
　　 計(jì)算了Zn、Co、Fe、Sc、Nb、V、Cu、Cr合金化富Al的TiAl合金體系的合金形成熱與態(tài)密度,發(fā)現(xiàn)合金化原子置換TiAl中的Al后,體系的合金形成熱均為負(fù)值,合金化后TiAl體系均能形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；合金化原子占據(jù)TiAl中

4、的Al原子的能力由強(qiáng)到弱的次序依次是Zn、Co、Fe、Sc、Nb、V、Cu、Cr；合金化后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性由好到差依次是Zn、Co、Fe、Sc、Nb、V、Cu、Cr；合金化后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的強(qiáng)弱主要取決于費(fèi)米能級(jí)附近電子雜化成鍵作用的強(qiáng)弱。
　　 計(jì)算了Zn、Co、Fe、Sc、Nb、V、Cu、Cr合金化富Al的TiAl合金體系的彈性常數(shù)、楊氏模量E、剪切模量G、體模量B、泊松比v和電子密度,發(fā)現(xiàn)合金化后使TiAl合金的硬度降低,硬度高低

5、次序?yàn)?V-TiAl>Nb-TiAl>Cr-TiAl>Sc-TiAl>Co-TiAl>Zn-TiAl>TiAl>Fe-TiAl>Cu-TiAl；以G/B衡量,合金化體系延性逐漸變差順序?yàn)?Fe-TiAl>Cr-TiAl>Co-TiAl>TiAl>V-TiAl>Nb-TiAl>Cu-TiAl>Zn-TiAl>Sc-TiAl以C12-C44衡量,合金化體系延性逐漸變差順序?yàn)?Fe-TiAl>Cr-TiAl>Co-TiAl>Cu-TiAl>V