Ti-Nb合金β结构稳定性和弹性性质

采用基于密度函数理论的缀加平面波加局域轨道（APW＋lo）方法和超晶胞方法对Nb含量为6.25%～37.5%Nb（摩尔分数）的Ti-Nb二元合金的能量、电子结构以及弹性性质进行了理论计算,研究Nb含量对Ti-Nb合金的β结构稳定性和弹性性质的影响。结果表明,随着Nb含量的升高,Ti-Nb合金的β结构稳定性提高,正方剪切常数C＇以及弹性模量K、E和G呈单调增加。当Nb含量为9.87%时,正方剪切常数大于并接近于零,此时Ti-Nb合金的β结构稳定性最低,并具有最低的弹性模量。     

FIRST-PRINCIPLES INVESTIGATION OF β PHASE STABILITY AND ELASTIC PROPERTY OF Ti-Mo ALLOYS

采用基于密度函数理论的缀加平面波加局域轨道方法和超晶胞方法对Mo含量(原子分数)为4.17%-37.5%的Ti-Mo二元合金的能量、电子结构以及弹性性质进行了理论计算,研究了Mo含量对Ti-Mo合金的β结构稳定性和弹性性质的影响.结果表明,随着Mo含量的升高,Ti-Mo合金的β结构稳定性提高,正方剪切常数(tetragonal shear constant)C'以及弹性模量B,E和G均呈单调增加;当Mo含量为4.77%时,正方剪切常数C'略大于零,此时Ti-Mo合金的β结构稳定性和弹性模量均最低.     

V元素掺杂对粉末冶金Ti_2AlNb合金显微组织的影响

采用高能球磨法和放电等离子烧结技术(SPS)制备Ti_2AlNb合金，利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对合金显微组织及相结构进行表征，分析V元素掺杂对Ti_2AlNb合金显微组织的影响。研究表明，Ti_2AlNb预合金粉末球磨后出现胞状晶，经退火后胞状晶显著长大。掺杂V元素后，V原子占据O相中原本Ti原子的位置，hcp结构向bcc结构的转化受到抑制，O相组织由针状趋于圆润并均匀分布，出现均匀层片状网篮组织，α_2相与O相含量增加；当V含量为2%(原子分数)时，Ti_2AlNb合金中α_2相的含量最高。     

激光沉积AlxTiCrMnCu高熵合金组织性能的研究

采用激光沉积方法制备了Al_xTiCrMnCu (x=0, 0.25,0.5,0.75,1.0)高熵合金。通过XRD、SEM及腐蚀电化学测试技术等研究了Al_xTiCrMnCu高熵合金的微观结构及性能。研究发现,随Al含量的增加,Al_xTiCrMnCu高熵合金由简单的fcc和hcp1混合固溶体结构逐渐转变为全部hcp2固溶体结构;合金的显微硬度随Al含量的增加而增大;Al_xTiCrMnCu高熵合金在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性先提高后降低,当x=0.25时,其耐蚀性最佳。     

Zr-Ti合金相稳定性与弹性性质的第一性原理研究

利用特殊准随机结构(specialquasi-randomstructure,SQS)超晶胞模型及第一性原理计算研究了Zr_(1-x)Tix合金中Ti含量及相结构(hcp与bcc结构,α相与β相)对合金相稳定性及弹性性质的影响。研究表明:从弹性性质上看,Ti含量增加会使Zr-Ti合金的结构更加稳定,Zr-Ti合金α相的结构稳定性普遍高于β相;Zr-Ti合金普遍具有延展性,Zr-Ti合金的α相具有更高的硬度并且其硬度和韧性都与Ti元素浓度成正比,Zr-Ti合金的β相具有更高的韧性;从电子结构上看,Ti不会显著改变hcp结构和bcc结构Zr-Ti合金系统的态密度(DOS),Zr-Ti合金系统的DOS分布中的费米能级与纯Zr系统的相似,Ti含量对Zr-Ti合金的相稳定性影响不大。     

Structure Stability and Elastic Properties of β Type Ti-X (X=Nb, Mo) Alloys from First-Principles Calculations

采用超级胞和广义梯度近似条件下投影缀加平面波的第一性原理方法研究了β相Ti-X(X=Nb,Mo)合金结构稳定、弹性性能及其电子结构,并利用Voigt-Reuss-Hill平均方法从单晶Ti-X合金的弹性常数计算出了其多晶合金的弹性模量。研究结果表明,β型Ti-Nb和Ti-Mo合金的β结构稳定性随着Nb,Mo和Ta含量的增加而增加,当Nb或Mo含量为25at%时,Ti-Nb和Ti-Mo合金表现出最低的弹性模量。进一步,利用计算出的Ti-X合金的电子态密度(DOS)分析讨论了Nb和Mo合金元素含量对这2种合金结构稳定性的影响机理。     

β相Ti-X(X=Nb,Mo)合金结构稳定及其弹性性能的第一性原理（英文）

采用超级胞和广义梯度近似条件下投影缀加平面波的第一性原理方法研究了β相Ti-X(X=Nb,Mo)合金结构稳定、弹性性能及其电子结构,并利用Voigt-Reuss-Hill平均方法从单晶Ti-X合金的弹性常数计算出了其多晶合金的弹性模量。研究结果表明,β型Ti-Nb和Ti-Mo合金的β结构稳定性随着Nb,Mo和Ta含量的增加而增加,当Nb或Mo含量为25at%时,Ti-Nb和Ti-Mo合金表现出最低的弹性模量。进一步,利用计算出的Ti-X合金的电子态密度(DOS)分析讨论了Nb和Mo合金元素含量对这2种合金结构稳定性的影响机理。     

直接能量沉积Ti-XV-15Cr(X=20,25,30,35)合金的组织和阻燃性能

使用直接能量沉积技术,以纯Ti、纯V和纯Cr粉末为原料制备一系列Ti-YV-15Cr(X=20,25,30,35)合金.研究了V含量对Ti-XV-15Cr合金的晶粒形貌、显微硬度、弹性模量及阻燃性能的影响.结果表明,Ti-20V-15Cr、Ti-25V-15Cr和Ti-30V-15Cr合金的显微组织由外延生长的柱状晶和...     

Mn含量对Ti-6Al-4Mo合金显微组织和力学性能的影响

钛合金因其优异的综合性能在各个工程领域都有很大的应用潜力,但较低的弹性模量限制了其在高强度、高刚性材料结构件中的应用。本文以开发综合力学性能良好的高弹性模量钛合金为研究目的,采用冷坩埚悬浮熔炼法制备了Ti-6Al-4Mo-xMn(x=0,1,2,3,4 wt%)合金,研究了Mn含量对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4Mo-xMn合金由α和β相组成,未出现Ti-Mn相。随着Mn含量的增加,合金的α→β相变温度降低,合金中β相的体积分数增加,合金的组织变细,魏氏组织逐渐增多;合金的硬度从30 HRC增加到46 HRC,抗拉强度从838 MPa增加到1266 MPa,这是因为Mn元素在合金中引起了固溶强化和组织细化;合金的弹性模量呈现先升高后降低的趋势,当Mn含量为1 %时,合金的弹性模量最高,约136 GPa,同时抗拉强度为916 MPa,较Ti-6Al-4V合金分别提高24.0 %和3 %,综合力学性能最好。     

Co90Zr7Ta3三元合金微观组织及磁性能的研究

通过金相组织观察、XRD分析和透磁率检测,研究了Co₉₀Zr₇Ta₃三元合金微观组织,并通过分析材料组织与透磁率(pass through flux,PTF)变化,得到热机械处理对透磁率的影响。结果表明:真空熔炼制备的Co₉₀Zr₇Ta₃三元合金有大量枝晶组织,主要包含Co基体和枝晶结构的(Co,Ta)₁₁Zr₂。采用轧制及热处理后,合金内部枝晶结构破碎,发生球化。合金中Co基体中的fcc相转变为hcp相,hcp相中(0001)含量的增加提高了靶材透磁率。     

基于第一性原理计算V元素对高熵合金Al0.4Co0.5VxFeNi的组织及性能影响

采用第一性密度泛函理论,结合虚拟晶体近似（VCA）的方法建立晶体结构模型,开展高熵合金Al0.4Co0.5Vx FeNi的结构性能、弹性性能及基态能量计算。根据能量最低原理可确定,Al0.4Co0.5Vx FeNi高熵合金的最优K-point值为12×12×12,截断能为1000 eV。计算结果表明：Al0.4Co0.5Vx FeNi系高熵合金均可生成fcc+bcc结构,fcc的力学稳定性明显优于bcc的力学稳定性。V元素含量由0.2增至0.8时,bcc点阵常数降低约4%,fcc晶格常数降低约6%。随着V元素的增加,Al0.4Co0.5Vx FeNi合金的体模量、剪切模量逐渐减小。V元素含量为0.8时,bcc结构的泊松比异常增加,进一步说明了随着V元素含量的增加,材料的塑性变形能力降低,材料的脆性增加。经试验验证,Al0.4Co0.5Vx FeNi系高熵合金均由fcc和bcc组成,组织形貌均为两相组织;V元素含量由0.2升至0.8时,延伸率降低约85%,该试验结果与第一性原理计算的结果较为吻合。     

第一性原理计算Mo含量及压力对CrZrNbTiMox难熔高熵合金性能的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究Mo含量和压力对CrZrNbTiMo_x难熔高熵合金相结构、弹性常数和弹性模量的影响。计算了CrZrNbTiMo_x难熔高熵合金的混合焓(ΔH_mix)、混合熵(ΔS_mix)、原子半径差(δ)、价电子浓度(VEC)以及参数Ω。结果表明,CrZrNbTiMo_x难熔高熵合金主要以单一的BCC无序固溶体结构为主。随着Mo含量的增加,合金的晶格畸变不断减小,但力学性能稳定且始终以金属键结合。Mo的添加对合金的抗体积变形能力提升较大、对抗切应变能力及刚度影响较小,合金表现为韧性材料。在0～25 GPa压力作用下,CrZrNbTiMo_0.6合金表现出优异的相稳定性和力学稳定性,体弹性模量(B)增幅较小,剪切弹性模量(G)、杨氏模量(E)变化较小;泊松比μ及G/B计算结果表明合金为韧性材料。     

FeTiCoNiVCrMnCuAl系高熵合金中金属间化合物的第一性原理计算(英文)

利用第一性原理研究FeTiCoNiVCrMnCuAl系高熵合金中常见的金属间化合物的结构、电子和弹性性质。形成焓和结合能计算结果表明:FeTi、Fe2Ti、AlCrFe2、Co2Ti、AlMn2V和Mn2Ti相有可能在高熵合金形成的过程中出现。进一步研究发现,FeTi、Fe2Ti、AlCrFe2、Co2Ti和AlMn2V相具有较高的剪切模量和弹性模量,在高熵合金中可能作为增强相增加合金的强度。通过研究分波的态密度来揭示中间相的键合作用,并研究p-d杂化的强度,揭示中间相的弹性特征的潜在机理。     

Thermal Expansion,Elastic and Magnetic Properties of FeCoNiCu-Based High-Entropy Alloys Using First-Principle Theory

The effects of V, Cr, and Mn on the magnetic, elastic, and thermal properties of FeCoNiCu high-entropy alloy are studied by using the exact muffin-tin orbitals method in combination with the coherent potential approximation. The calculated lattice parameters and Curie temperatures in the face-centered-cubic structure are in line with the available experimental and theoretical data. A significant change in the magnetic behavior is revealed when adding equimolar V, Cr, and Mn to the host composition. The three independent single-crystal elastic constants are computed using a finite strain technique, and the polycrystalline elasticity parameters including shear modulus, Young’s modulus, Pugh ratio, Poisson’s ratio, and elastic anisotropy are derived and discussed. The effects of temperature on the structural parameters are determined by making use of the Debye–Grüneisen model. It is found that FeCoNiCuCr possesses a slightly larger thermal expansion coefficient than do the other alloys considered here.     

Influence of Nb and Mo contents on phase stability and elastic property of β-type Ti-X alloys

The energetic, electronic structure and elastic property offl-type Ti-Xx （X=Nb and Mo, x=0.041 7, 0.062 5, 0.125 0, 0.187 5, 0.250 0, 0.312 5 and 0.375） binary alloys were calculated by the method of supercell and augmented plane waves plus local orbitals within generalized gradient approximation. The elastic moduli of the polycrystals for these Ti1-xXx alloys were calculated from the elastic constants of the single crystal by the Voigt-Reuss-Hill averaging method. Based on the calculated results, the influence of X content on the phase stability and elastic property offl-type Ti1-xXx alloys was investigated. The results show that the phase stability, tetragonal shear constant C, bulk modulus, elastic modulus and shear modulus offl-type Ti1-xXx alloys increase with an increase of X content monotonously. When the valence electron number offl-type Ti1-xXx alloys is around 4.10, i.e. the content of Nb is 9.87% （molar fraction） in the Ti-Nb alloy and Mo is 4.77% （molar fraction） in Ti-Mo alloy, the tetragonal shear constant is nearly zero. The Ti1-xXx alloys achieve low phase stability and low elastic modulus when the tetragonal shear constant reaches nearly zero. In addition, the phase stability offl-type Ti1-xXx alloys was discussed together with the calculated electronic structure.     

纳米压/划痕表征激光渗氮层的弹塑性力学性能

利用脉冲式Nd：YAG激光在Ti6Al4V合金表面进行激光渗氮处理,借助纳米压痕和划痕试验表征渗氮层的弹塑性力学性能。结果表明,在钛合金表面成功制备了高硬度、高强度、枝晶状分布的渗氮层。同时,渗氮层内硬度、模量、强度以及应力-应变关系、摩擦系数等力学性能呈现出类似于激光渗氮层内氮元素扩散曲线的非均匀性空间分布规律。硬度和弹性模量之比以及纳米划痕试验结果表明,激光渗氮层的抗磨损性能随深度的增加逐渐降低,摩擦系数随着划入深度的增加,从0.2增加到0.4。     

密度泛函理论计算研究不同晶相Ti-Ta 合金的结构与性质

钛合金以其优良的生物相容性和综合力学性能成为当前生物医用材料的研究热点,本文采用密度函数理论方法对不同固溶度的Ti1?xTax合金的能量、晶体结构、电子结构和力学性质进行全面、系统的理论计算和分析,并通过电子结构的分析研究了相关力学性质变化的内在机理。结果表明:Ti1?xTax合金体系在固溶度x=0~0.125区间内六方密排相为主,在其他固溶度下则两种相同时存在。两种晶体结构Ti1?xTax合金的晶格常数平均值、晶胞体积和体积模量随着固溶度x的增加按一阶Vegard规律线性增加。Ti1?xTax合金体系的稳定性、体弹模量、弹性模量和剪切模量的变化均与对应的电子结构密切相关,在不同固溶度区间呈现不同的变化规律。     

Cluster-based composition rule for Laves phase-related BCC solid solution hydrogen storage alloys

A new cluster line approach for the composition rule of Laves phase-related BCC solid solution hydrogen-storage alloys was presented. The cluster line in a ternary phase diagram refers to a straight composition line linking a specific binary cluster to the third element. In the Laves phase-related BCC solid solution alloy system such as Ti-Cr-V, Ti-Cr tends to form binary Cr2Ti Laves phase while Ti-V and Cr-V to form solid solutions. This Laves phase is characterized by a close-packing icosahedral cluster Cr7Ti6. A cluster line Cr7Ti6-V is then constructed in this system. Alloy rods with a diameter of 3 mm of compositions along this line were prepared by copper-mould suction method. The alloy structure is found to vary with the V contents. Furthermore, the P-C-T measurements indicate that the cluster-line (Cr7Ti6)1-xVx alloys have large hydrogen storage capacities.     

Microstructure and microhardness of Ti3Al matrix composites produced by XD^TM synthesis

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ ,ｈｉｇｈｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｒｅｅｐｒｅ ｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｕｍｉｎｉｄｅｓｍ