相對傳統(tǒng)TiAl合金,高Nb-TiAl中部分Ti原子位置或Al原子位置被Nb原子取代,表現(xiàn)出優(yōu)異強度、抗氧化及抗蠕變性能,應(yīng)用范圍比傳統(tǒng)TiAl合金更寬,有望在中等應(yīng)力和溫度區(qū)間取代鎳基高溫合金。同時,由于Nb原子添加,引起TiAl合金中γ/γ+α2和α2/γ相界發(fā)生改變,導(dǎo)致高Nb-TiAl合金片層晶團晶界上形成各種不同析出相。另外,熱處理工藝及Nb含量不同,也會引起新相析出,這些析出相影響著高Nb-TiAl合金強度、抗氧化、抗蠕變及室溫塑性等物理性能。高壓下高Nb-TiAl合金會表現(xiàn)出與常壓不同的物理性質(zhì),高壓極端條件施加能夠改變高Nb-TiAl合金晶胞體積,改變凝固過程中各相自由能、熔點、比熱等物理性質(zhì),還可使高Nb-TiAl合金內(nèi)部發(fā)生相變,對初生相選擇、相變熱力學(xué)及動力學(xué)等產(chǎn)生一系列重要影響。高壓物理學(xué)是研究物質(zhì)在高壓作用物理行為學(xué)科,成為發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)、揭示新現(xiàn)象和規(guī)律的重要手段,越來越受到人們重視。本文基于密度泛函理論,采用第一性原理方法,對高Nb-TiAl合金中二元析出相γ-TiAl、DO22-Al3Ti、α2-Ti3Al;長周期析出相 r-Al2Ti、Al5Ti3、h-A... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２長周期析出相晶體結(jié)構(gòu)圖ｒ－Ａｌ２Ｔｉ?（ａ）、Ａｌ５Ｔｉ３?（ｂ）、ｈ－ＡＩ２Ｔｉ?（ｃ）??第７頁??

髙Ｎｂ－ＴｉＡｌ合金中析出相高壓物性理論研宄??Ｖ?ｘ＾＇〇ｙ??，一ｔ?”??ｈ?Ｖ??Ｘ?＾??Ｘ??圖２．?１物體空間應(yīng)力分量??圖２．１為物體空間應(yīng)力分量圖，其中〇和Ｔ下標(biāo)表示的為方向，其中第一個字母表??示應(yīng)力作用面法線方向，而第二個字母為應(yīng)力作用方向。正負號規(guī)定為拉應(yīng)力為正，壓??應(yīng)力為負。對于剪切應(yīng)力，軌道體積元內(nèi)任意面上法向應(yīng)力與坐標(biāo)軸正方向相同。一個??面上，如果剪切應(yīng)力指向坐標(biāo)軸正方向，則為正；反之，應(yīng)力指向坐標(biāo)軸負方向，則為??負。應(yīng)力張量表達式為：??＾?ｘｘ?＾ｘｙ?＾?ｘｚ??ｒ，，?＾ｖｖ?Ｔｙｚ?（公式?２－３０）??法向應(yīng)力引起材料拉伸變化，而剪切應(yīng)力引起材料的切向畸變。根據(jù)平衡條件，體??積元上同一平面上兩個剪切應(yīng)力互相垂直，兩個相對平行平面上法向應(yīng)力大小相等、正??負號相同。由剪切應(yīng)力互等原理可得：ｒｖ?＝?ｒｖ：ｌ．ｒｔ＿．?＝?ｇ，ｚ：ｗ＝％，因而，由六個應(yīng)力分??量ｆ?＿＿，￣，Ｌｒ；）即可確定一個點應(yīng)力狀態(tài)。不考慮熱應(yīng)力與其它預(yù)應(yīng)力情況下，??完全彈性體應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系一般形式及矩陣形式可以寫成（公式２－３１?）及（公式２－３２）：??ａｘｘ?＝?＾?Ｉ＼￡ｘ?＋?＾１２＾１?＋?＾＼ｙ￡：?＋?＾?＼＾ｙｙｚ?＋?＾１５＾－ｒ?＋?＾?ｉｂ／ｘｙ??＝Ｃ２｛．ｒ?＋?Ｃ２２ｆ，．?＋?Ｃ２３ｆ：?＋?Ｃ２４；ｋ＇＇：?＋?Ｃ２５／：ｒ?＋?ｄ％／．”??？：＝Ｃ３丨？＋?＋?Ｃ３４／，：?＋。＇５，口?＋?Ｃ３６／．ｒ．ｖ?（公式?２?’?１）??ｒ．ｖｒ?＝?＋?Ｃ４２ｆｆｖ．?＋?Ｃ．４３ｆ：?＋?（．?“／ｐ?＋〔４５；＾?＋?（．４６廣＇＇，??Ｔ－

出相髙壓物性理論研宄??平均形成能可用于表征材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，計算所得三種二元析出相Ｙ－ＴｉＡｌ、ａ２－Ｔｉ３Ａｌ、??Ｄ０２２－Ａｌ３Ｔｉ平均形成能分別為－０．４５８４ｅＶ、－０．３６２３?ｅＶ、－０．４２３３?ｅＶ。三種二元析出相平均??形成能均為負值，滿足能量穩(wěn)定性。??本章計算所得丫－ＴｉＡｌ、Ｄ０２２＿Ａｌ３Ｔｉ、ａ２－Ｔｉ３Ａｌ三種二元析出相的彈性常數(shù)值明顯滿足??上述三個條件，說明丫－ＴｉＡｌ、Ｄ０２２－Ａｌ３Ｔｉ、ａ２－Ｔｉ３Ａｌ三種析出相在基態(tài)下滿足力學(xué)穩(wěn)定性。??從圖３．１可以看出，丫－ＴｉＡｌ、Ｄ０２２－Ａｌ３Ｔｉ、ａ２－Ｔｉ３Ａｌ三種二元析出相的聲子頻率均在??ＯＴＨｚ以上，并無出現(xiàn)虛模，說明三種析出相在基態(tài)下滿足動力學(xué)穩(wěn)定性。??３．３．８長周期相基態(tài)穩(wěn)定性??ｒ－Ａｌ２Ｔｉ、Ａｌ５Ｔｉ３為四方晶系，基態(tài)下力學(xué)穩(wěn)定性判據(jù)與ｙ及Ｄ０２２相一致，如（公式??３－１）所示，正交晶系ｈ－Ａｌ２Ｔｉ基態(tài)下的力學(xué)穩(wěn)定性條件如（公式３－３）所示：??卜?６，產(chǎn)＋。２２＋４本１２＋，１３?＋�！唬�。，?式３＿３）??（Ｃ，，?＋?Ｃ２２?－?２Ｃ１２）?＞?０，?（Ｃ，，?＋?Ｃ３３?－?２Ｃ１３）?＞?０，?（Ｃ２２?＋?Ｃ３３?－?２Ｃ２３）?＞?０??根據(jù)各自彈性常數(shù)值可知，三種長周期析出相均滿足各自力學(xué)穩(wěn)定判據(jù)，說明??ｒ－Ａｌ２Ｔｉ、Ａｌ５Ｔｉ３、ｈ－Ａｌ２Ｔｉ金屬間化合物在基態(tài)下是力學(xué)穩(wěn)定的。??本章計算所得三種長周期析出相ｒ－Ａｌ２Ｔｉ、Ａｌ５Ｔｉ３、ｈ－Ａｌ２Ｔｉ平均形成能分別為??－０．４６６７ｅＶ、－０．４６５５ｅＶ、－０．４６３４ｅＶ均為負值，說明三種長周期析出相基態(tài)下滿足能量穩(wěn)??定性。??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于第一性原理的高壓下TiAl結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及熱力學(xué)性質(zhì)研究（英文）[J]. 鄧世杰,趙宇宏,文志勤,韓培德.  Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2017(02)
[2]Ti4Nb3Al9結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和彈性性質(zhì)的第一性原理研究[J]. 杜宇雷,盧曉陽,歐園園,王順.  徐州工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(01)
[3]Ti-Nb-Al體系相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一原理計算[J]. 文韜,都昌兵,程黨根.  熱加工工藝. 2014(16)
[4]Structural and Thermodynamic Properties of TiAl intermetallics under High Pressure[J]. 李旭升,王海燕,歷長云,米國發(fā),胡前庫.  Communications in Theoretical Physics. 2012(01)
[5]α2-Ti-25Al-xNb合金力學(xué)性質(zhì)的第一原理計算[J]. 曾憲波,彭平.  金屬學(xué)報. 2009(09)
[6]鍛造高鈮雙態(tài)TiAl合金的冷軋工藝及組織力學(xué)性能研究[J]. 王興,林均品,張來啟,王艷麗,林志,陳國良.  稀有金屬材料與工程. 2009(08)
[7]TiAl基金屬間化合物的發(fā)展[J]. 林均品,陳國良.  中國材料進展. 2009(01)
[8](α2+O+B2)三相Ti3Al基合金的微觀組織與力學(xué)性能[J]. 曹京霞,許劍偉.  鈦工業(yè)進展. 2008(05)
[9]γ-TiAl中Nb和Mo合金化效應(yīng)的第一性原理研究[J]. 黨宏麗,王崇愚,于濤.  物理學(xué)報. 2007(05)
[10]釔對Ti-23Al-25Nb合金熱處理組織及性能的影響[J]. 陳玉勇,司玉鋒,孔凡濤,陳子勇.  稀有金屬材料與工程. 2006(04)



本文編號：3546607