【摘要】：鈦及其合金,具有比強(qiáng)度高,耐腐蝕,熱性能好,有較高的生物兼容性等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天,船舶制造,生物醫(yī)療,汽車(chē)制造等多個(gè)方面。在高速的工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中,鈦合金的應(yīng)用占有越來(lái)越大的比重。但同時(shí),鈦屬于密排六方型(HCP)金屬,HCP型金屬存在一個(gè)共有的問(wèn)題,即相對(duì)于面心立方和體心里方金屬,其滑移系較少,導(dǎo)致其塑性及加工延展性較差。針對(duì)此點(diǎn),材料工作者從實(shí)驗(yàn)和模擬的角度做了大量的工作希望能夠改善鈦合金的低塑形。其中應(yīng)用比較廣泛也最為有效的方式是通過(guò)摻雜合金元素的方式,來(lái)改善鈦合金的機(jī)械性能�；谝陨涎芯勘尘�,本課題利用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,系統(tǒng)研究了不同摻雜元素對(duì)鈦合金廣義層錯(cuò)能曲線的影響,從而分析鈦合金中的最佳摻雜元素,并從電子結(jié)構(gòu)角度揭示其變形機(jī)理。為實(shí)驗(yàn)制備高強(qiáng)度鈦合金提供理論方法和依據(jù)。具體研究?jī)?nèi)容包括:1.根據(jù)第一性原理計(jì)算了 Hg,Pb,Pd,Si,Sn,W,Zn,Zr八種置換摻雜元素以及C,H,O,N四種間隙摻雜元素對(duì)于鈦合金基面以及柱面廣義層錯(cuò)能曲線的影響。通過(guò)比較穩(wěn)定層錯(cuò)能和不穩(wěn)定層錯(cuò)能的比值(γSF/γUSF)判斷摻雜元素對(duì)變形方式的影響;通過(guò)比較孿晶和層錯(cuò)的成型勢(shì)壘(γUT/γUSF)的值判斷摻雜元素對(duì)孿晶和層錯(cuò)成型傾向的影響。2.通過(guò)計(jì)算不同體系的表面能(γS),研究摻雜元素對(duì)鈦合金強(qiáng)度的影響。表面能可以看作是形成新的表面所需要克服的能量勢(shì)壘,即材料抵抗裂紋形成以及拓展的能力,因此可以用來(lái)作為估算材料斷裂強(qiáng)度的指標(biāo)。不僅如此,可以通過(guò)表面能和不穩(wěn)定層錯(cuò)能之比(γS/γUSF)表征材料的延展性。計(jì)算結(jié)果表明,Ti-W體系是最佳摻雜體系,能夠使鈦合金保持較高強(qiáng)度的同時(shí),塑性得到改善。3.通過(guò)計(jì)算不同摻雜體系滑移過(guò)程中電荷密分布從微觀角度揭示摻雜元素對(duì)于鈦合金變形機(jī)理的影響。結(jié)果表明,不同的合金元素通過(guò)使電荷從鈦原子轉(zhuǎn)向摻雜原子,從而減小了鈦原子之間的交互作用,進(jìn)而對(duì)鈦合金廣義層錯(cuò)能曲線以及變性行為產(chǎn)生影響。
【圖文】：

Ｍ時(shí)提高制造產(chǎn)品的質(zhì)量和使用穩(wěn)定性，并且能將各部門(mén)的資源有效地整合起來(lái)，鈦及鈦合金材料域?qū)⒂兄薮蟮陌l(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。逡逑理逡逑ＣＰ型金屬，但其ｃ／ａ的值并不嚴(yán)格地符合ＨＣＰ型金８。因此鈦金屬的的滑移系和理想ＨＣＰ型金屬的滑移變形時(shí)也與理想ＨＣＰ型金屈有一定得Ｒ別。總體來(lái)通�？梢苑殖蓛煞N類(lèi)型：ａ型和ｃ＋ａ型。Ｈ前對(duì)于鈦中存在有三個(gè)重要的ａ型滑移面，它們分別為：柱面｛基面｛０００１｝，這些ａ型滑移面的滑移方向都為＜１１２０＞。中的｛１０１０｝＜１１２０＞滑移系容易開(kāi)動(dòng)，而當(dāng)處于高溫狀０＞滑移系容易開(kāi)動(dòng)。鈦及其合金中0＋３型滑移系包括逡逑１０１１｝邋］邋／３＜邋１１２３＞，這些滑移系都屬于二級(jí)的錐面滑移系形起著重要的作用［２３］。逡逑［０００１］逡逑

的形成以及變形方式［４３］。逡逑來(lái)看，通常使用的對(duì)于層錯(cuò)能測(cè)試的方法主要有法和位錯(cuò)節(jié)的曲率半徑法。但是由于層錯(cuò)結(jié)構(gòu)在幾種通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)算層錯(cuò)能的方法也有一定難做到精確的測(cè)量。由此可以看出，對(duì)于層錯(cuò)能的精驗(yàn)手法測(cè)量，在層錯(cuò)形成的過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手行測(cè)算，但無(wú)法對(duì)體系的不穩(wěn)定層錯(cuò)能進(jìn)行測(cè)算，錯(cuò)時(shí)的能量勢(shì)壘，這一數(shù)值目前只能通過(guò)理論計(jì)算中，基面層錯(cuò)所起到的作用與ｆｅｅ型金屬中共格過(guò)程中非基面的位錯(cuò)被激活時(shí)，其位錯(cuò)能夠產(chǎn)生反人己經(jīng)在電子顯微鏡中觀察到了在鎂合金中產(chǎn)生互反應(yīng)｜４４］。盡管從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，，并不能確反應(yīng)機(jī)制最終會(huì)對(duì)體系宏觀力學(xué)行為造成何種影響，強(qiáng)化和梞化機(jī)制來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)ｈｅｐ型合金基面層錯(cuò)傾向進(jìn)行研宄，是一種較為可行的方法。逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2614834