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,應用范圍比傳統(tǒng)TiAl合金更寬,有望在中等應力和溫度區(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、相變熱力學及動力學等產(chǎn)生一系列重要影響。高壓物理學是研究物質(zhì)在高壓作用物理行為學科,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物體空間應力分量??圖２．１為物體空間應力分量圖，其中〇和Ｔ下標表示的為方向，其中第一個字母表??示應力作用面法線方向，而第二個字母為應力作用方向。正負號規(guī)定為拉應力為正，壓??應力為負。對于剪切應力，軌道體積元內(nèi)任意面上法向應力與坐標軸正方向相同。一個??面上，如果剪切應力指向坐標軸正方向，則為正；反之，應力指向坐標軸負方向，則為??負。應力張量表達式為：??＾?ｘｘ?＾ｘｙ?＾?ｘｚ??ｒ，，?＾ｖｖ?Ｔｙｚ?（公式?２－３０）??法向應力引起材料拉伸變化，而剪切應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力互相垂直，兩個相對平行平面上法向應力大小相等、正??負號相同。由剪切應力互等原理可得：ｒｖ?＝?ｒｖ：ｌ．ｒｔ＿．?＝?ｇ，ｚ：ｗ＝％，因而，由六個應力分??量ｆ?＿＿，￣，Ｌｒ；）即可確定一個點應力狀態(tài)。不考慮熱應力與其它預應力情況下，??完全彈性體應力一應變關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】：
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本文編號：3546607