超过饱和固溶W-B合金力学性质的第一性原理研究

针对小原子元素在金属合金中可同时提高硬度和韧性的现象,本文采用基于第一性原理方法,研究了W-B合金的超过饱和固溶结构和力学性能.计算结果表明:无论是几何结构的晶格畸变,还是热力学上的结合能,B原子以置换形式固溶于W晶体中均优于其他固溶形式,这主要是由于置换B原子与周围W原子形成以共价型为主兼有离子型的键合作用.在合金中添加B元素虽然降低了合金材料的弹性模量,杨氏模量由414.34 GPa降低至338.36 GPa,但却显著增加了材料的韧性,B/G值由1.97提高到2.30(纯W晶体相较于B含量6.25 at.%时).并且合金的各向异性显著地减弱.另外,合金中B元素的添加,还使得材料理想剪切强度和最大应变值也得到了增加,分别由原来的19.981 GPa和0.187增加至21.814 GPa和0.209.这说明B元素在W合金中的超过饱和固溶不仅增加了合金的强度,还提高了合金的韧性.

Mn掺杂对FeAl材料力学性能影响的第一性原理研究

为了研究第三元素Mn的掺杂对B2型FeAl力学性能的影响,采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)的第一性原理方法,在对超晶胞优化的基础上,对Mn原子可能置换的Fe和Al原子分别进行了形成焓的计算,确定了Mn原子容易置换Al原子.接着进行了弹性常数的计算,获得了FeAl-Mn的弹性常数C11、C12和C44的值(C11=305.06GPa,C12=145.76GPa和C44=132.32GPa)并判断该体系是机械稳定的.通过Voigt-Reuss-Hill(VRH)近似,进一步得到了体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、泊松比v及B/G的值(B=198.86GPa,G=107.95GPa,E=274.22GPa,v=0.27,B/G=1.84).最后,通过能带结构、态密度、布居分析及差分电荷密度对Mn掺杂FeAl的增强机理进行了详细分析.得出了Mn的固溶增加了原子间电荷转移量、参与了杂化、增强了结合能力、提高了FeAl的稳定性等结论.

固溶处理对Ni-Co基高温合金反常动态应变时效的影响

研究了亚固溶和过固溶处理对Ni-Co基高温合金在400和450℃和不同应变速率下拉伸时的锯齿状塑性失稳现象的影响.实验结果表明,过固溶合金的晶粒尺寸和二次γ′相间距大于亚固溶合金.2种固溶处理后的合金都表现为反常动态应变时效,其锯齿状流变现象都是由置换固溶原子和可动位错的相互作用引起的.2种固溶处理后锯齿状流变的临界应变量的差别与合金内二次γ′相的间距和塑性变形时合金内位错密度有关;其应力差值的区别与塑性变形时合金内位错密度及由晶界控制的扩散有关.