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

1、TiAl合金由于具有密度小,高溫性能好等諸多優(yōu)點,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)展成實際應(yīng)用的航空、航天材料,目前國內(nèi)外科研工作者在采用合金化及熱加工等手段來改善其脆性等方面開展了大量工作,本論文選取TiAl合金作為研究對象,依托改善TiAl合金力學(xué)性質(zhì)的部分實驗結(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)等宏觀性能的對應(yīng)關(guān)系,通過第一性原理

2、的計算方法獲得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來考查合金化效應(yīng)對體系結(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)計算值與實驗值和他人計算值基本吻合；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合金的主要因為在于富Al的TiAl合金在費米能級上的成鍵電子數(shù)少于富Ti的TiAl合金。
　　 計算了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)弱主要取決于費米能級附近電子雜化成鍵作用的強(qiáng)弱。
　　 計算了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、次序為: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為 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為:Fe-TiAl>Cr-TiAl>Co-TiAl>Cu-TiAl>V