合金化對(duì)二元鈦合金性能影響的第一原理研究.pdf

1、鈦合金具有優(yōu)異的物理與化學(xué)性能，在航空、航天、機(jī)械、儀表、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。隨著鈦合金應(yīng)用范圍不斷拓寬，人們對(duì)它的使役性能也提出了越來越嚴(yán)格的要求。從物理本質(zhì)上掌握鈦合金基本性能的相關(guān)機(jī)制和規(guī)律，是進(jìn)行合金設(shè)計(jì)的必要前提。第一原理計(jì)算基本上不借助任何實(shí)驗(yàn)測(cè)量和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，可進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算預(yù)測(cè)材料的物理化學(xué)性質(zhì)，是真正意義上的預(yù)測(cè)。將第一原理方法應(yīng)用于鈦合金設(shè)計(jì)，將為人們認(rèn)識(shí)這類合金的物理本質(zhì)提供強(qiáng)有力的手段。
　　 本文

2、用第一原理精確餅?zāi)＼壍溃喔蓜?shì)近似法（Exact Muffin-Tin Orbitals within Coherent Potential Approximation， EMTO-CPA）研究了合金元素對(duì)二元鈦合金的性能的影響，所研究的合金元素包括元素周期表中第四，五周期中的過渡元素。
　　 研究了二元Ti-V、Nb、Mo、Cr合金晶格常數(shù)，結(jié)果顯示隨V含量的增加，α（α’）相晶格參數(shù)aα減小，cα/aα略有增加；ω相晶格參數(shù)

3、aω及cω/aω同時(shí)減??；β相晶格參數(shù)aβ減小。隨Nb含量的增加，aα幾乎不變，cα/aα增加；aω增加，cω/aω減?。籥β幾乎不變。隨著Mo和Cr含量的增加，α（α'）相晶格參數(shù)aα增加，cα/aα略有減少；ω晶格參數(shù)cω/aω同時(shí)減小；二元Ti-Mo合金ω相晶格參數(shù)aω增加，而二元Ti-Cr合金ω晶格參數(shù)aω減小；β晶格參數(shù)aβ均減小。隨V、Nb、Mo和Cr含量的增加，ω與β相的晶格錯(cuò)配度線性增加。
　　 計(jì)算了合金元素對(duì)

4、二元Ti-X合金體模量和彈性模量的影響。結(jié)果顯示合金元素V、Nb、Mo和Cr含量均能提高α（α’），ω以及β相的體模量，β相的體模量低于其它兩相。在Ti-X馬氏體相變過程中，隨著合金元素V，Nb，Mo和Cr含量的增加，β相的剪切模量C'不斷增加，而剪切模量C44略有減少，但是剪切模量C'增加值大于剪切模量C44減小值，結(jié)果導(dǎo)致β相向α（α'）相或β相向ω轉(zhuǎn)變所需的驅(qū)動(dòng)力增加，馬氏體相變溫度降低。各向異性常數(shù)A和G/B隨著合金元素V、Nb

5、、Mo和Cr含量增加而增大。雖然G/B的值同樣隨著成分的增加而變大，但是G/B的比值總體還處于較低的值，所以Ti-X合金仍然具有較好的韌塑性。
　　 研究了合金元素對(duì)二元Ti-X合金相穩(wěn)定性的影響。結(jié)果顯示隨著合金元素V、Nb和Mo含量的增加，β相越來越穩(wěn)定，α相和中間過渡相ω相趨于不穩(wěn)定。二元Ti-V/Nb合金α及ω相對(duì)于β相在1273K下的自由能差趨于正值，β相相對(duì)穩(wěn)定性增加。隨著Mo含量的增加，二元Ti-Mo合金α及ω相的