高熵高温合金结构及弹性力学性质的模拟研究

摘要

在众多的高熵高温合金中，存在一类由难熔金属(Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W)组成的高熵高温合金，它具有简单的体心立方(BCC)晶体结构。由于其潜在的高温应用，且为了降低其质量密度,大量的实验研究了难熔高熵高温合金的弹性性质。
　　本论文采用第一性原理方法结合相干势近似方法（EMTO-CPA）,以单相固溶体AlxCrFeMoTi高熵合金为研究对象，研究掺杂Al对高熵合金基本弹性力学性能的影响。分析了它们的平衡体性质、弹性性质等。研究表明计算预测的数值与实验上得到的数值非常接近，也证明了计算的可靠性。通过研究发现随着铝元素的增加，难熔金属组成的高熵合金的延展性和各向异性会随之增大，结构会转变为更加密排的面心立方或六角密排结构。之后，对面心立方结构的CoAlMo和FeAlMo高温合金的弹性常数和多晶弹性模量进行了详细的讨论。通过分析计算得到CoAlMo高温合金的泊松比为v=0.199，FeAlMo的泊松比为v=0.25.由材料塑性和脆性的判断标准，当泊松比v>0.31时，合金材料表现为塑性，当泊松比v<0.31时，合金材料表现为脆性。通过泊松比可知这两种合金更多的表现为脆性。通过计算我们还得到CoAlMo的普氏比B/G=1.33，FeAlMo的普氏比B/G=1.66。当普氏比B/G<1.75时表明材料具有脆性，普氏比B/G>1.75时表明材料具有延展性。两种合金的普氏比数值同样证明了它们具有脆性。研究表明这种脆性与Al的含量有一定的关系。因此，我们可以通过改变铝元素的含量来得到一些延展性较好的高温合金。我们还对四元高熵合金的特殊形式四元Heusler合金进行了计算研究，研究表明并不是所有的Heusler合金都符合优先占位规则。由NiCoNiAl，NiFeNiAl，NiMnNiAl，NiCrNiAl四种Heulser合金泊松比v的逐渐下降趋势，得到随着B位原子序数的减小，传统Heusler合金的塑性逐渐减弱，脆性逐渐增强的结论。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 AlxCrFeMoTi高熵合金文献综述

1.2 高温合金文献综述

第2章 计算原理

2.2 第一性原理

2.3 单电子近似理论

2.4 密度泛函理论

2.5 Kohn-Sham方程

2.6 局域密度近似和广义梯度近似

2.7 Thomas-Fermi近似

2.8 EMTO-CPA方法简介

2.9 CASTEP简介

第3章 弹性力学性质和结构

3.1 弹性常数的计算

3.2 多晶弹性模量的计算

3.3 结构分析

第4章 第一性原理研究难溶高熵合金

4.2 相结构

4.3 HEAs的弹性常数

4.4 多晶弹性模量

4.5 小结

第5章 第一性原理研究钴基和铁基高温合金

5.2 CoAlMo和FeAlMo结构

5.3 FeAlMo和CoAlMo合金的弹性力学性质

5.4 小结

第6章 第一性原理研究四元Heusler合金

6.2 Heusler合金结构

6.3 计算方法及参数设置

6.4 计算结果与分析

6.5 小结

结论

参考文献

致谢