發(fā)布時間：2018-01-04 11:07

  本文關(guān)鍵詞：NiAl金屬間化合物力學(xué)性質(zhì)B，P合金化效應(yīng)的計算研究　出處：《湖南大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：B2結(jié)構(gòu)NiAl具有高熔點、密度小、導(dǎo)熱性好、高溫抗氧化性能好等優(yōu)點，被人們視為用來替代現(xiàn)有Ni基合金的一種理想的航空材料，但NiAl的實際應(yīng)用卻受到金屬間化合物本身室溫塑、韌性較差的限制。為了改善NiAl金屬間化合物的室溫脆性，國內(nèi)外科研人員分別在合金化、細(xì)化晶粒等方面開展了大量的研究工作，本文根據(jù)現(xiàn)有的實驗結(jié)果，選取B2-NiAl作為研究對象，根據(jù)NiAl的微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與宏觀性能等建立了分析B2-NiAl本征力學(xué)性質(zhì)相對應(yīng)的物理量，采用第一原理基于虛擬晶體勢函數(shù)（VCA）近似，計算研究了NiAl金屬間化合物力學(xué)性質(zhì)的合金化效應(yīng)，研究結(jié)果期望為高溫結(jié)構(gòu)材料性能的優(yōu)化設(shè)計提供理論指導(dǎo)。 計算了NiAl金屬間化合物的平衡晶格常數(shù)、結(jié)合能、合金形成熱、態(tài)密度和能帶，發(fā)現(xiàn)平衡晶格常數(shù)、合金形成熱、彈性常數(shù)的計算值與實驗值和他人計算結(jié)果基本吻合。 計算了B元素在NiAl合金中的占位情況。從晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果來看，B占據(jù)四面體間隙的γ位置，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，B原子傾向到八面體間隙的α位置，由此可以確定B原子合金化后占據(jù)尺寸較小的八面體間隙；B合金化后三種位置的形成熱與結(jié)合能非常結(jié)近，從電荷集居數(shù)、電荷密度、晶格畸變量及晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果來看，B原子占據(jù)八面體間隙的α位置的可能性較大；計算了B元素合金化前后NiAl合金的電子結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)B元素合金化降低了NiAl的硬度，但提高延性。 計算了P元素在NiAl合金中的五種摻雜位置。從合金能量學(xué)的角度來看，P原子占據(jù)間隙位置的可能性較小，容易以原子置換的形式存在。從晶格畸變量來看，P原子占據(jù)三種間隙位置，相對于P置換Ni或Al原子位置，，晶胞體積變動量要大得多，由此可見P置換Ni或Al原子時，合金化體系的能量低，體系趨于穩(wěn)定。 計算分析了P元素合金化濃度（濃度x≤6.25%）的變化對NiAl合金力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)P合金化濃度在0.125%(均為原子百分比)附近，B2-NiAl晶體的延性最好、硬度最小，在0.188%附近，B2-NiAl晶體產(chǎn)生強烈的固溶強化硬度急劇增大，但延性下降，在1.25%附近及在3.75%-6.25%區(qū)間，B2-NiAl晶體的延性有所改善，但在0.5%附近，B2-NiAl晶體的延性最差。
[Abstract]:The structure of B2 NiAl with high melting point, low density, good thermal conductivity, high temperature antioxidant properties, is an ideal material for aviation people used to replace the existing Ni based alloys, but the actual application of NiAl has been the intermetallic compound itself at room temperature plastic, poor toughness limit. In order to improve the brittleness at room temperature NiAl intermetallic compounds, the domestic and foreign researchers in alloying, grain refinement and other aspects to carry out a lot of research work, according to the experimental results, the B2-NiAl is chosen as the research object, according to the micro structure of NiAl, physical properties and macroscopic properties such as the establishment of B2-NiAl analysis of physical quantity corresponding to the mechanical properties of intrinsic first, using the principle of virtual crystal approximation based on potential function (VCA), study the alloying effect of NiAl intermetallic compound mechanical properties calculation results, expectations for the high temperature structure and material properties The chemical design provides theoretical guidance.
The equilibrium lattice constants, binding energies, alloy formation heat, density of States and energy bands of NiAl intermetallic compounds were calculated. The equilibrium lattice constants, alloy formation heat and elastic constants were calculated.
The calculation of B elements in NiAl alloy occupyingsite. From the crystal structure of the optimization results, B occupy the tetrahedral gamma position in the optimized structure, B atoms tend to a position eight face clearance, which can determine the B atoms occupy the smaller size of the alloy after eight face clearance; B after the three position of the alloy formation heat and binding energy is very near, from the charge population, charge density, lattice parameter and crystal structure of the optimization results, the possibility of a position of eight surface B atoms occupy the gap larger; electronic structure and mechanical properties of NiAl alloy B alloy elements before and after the calculation, found that B element alloying reduces the hardness of NiAl, but improve the ductility.
The position of the P five doped elements in NiAl alloy were calculated. From the perspective of energy alloy, P atoms occupy interstitial positions less likely, easily exist in the form of atomic displacement. The lattice parameter, P atoms occupy the three gap position, relative to the P Ni or replacement of Al atoms, the cell volume variation is much greater, thus P replacement Ni or Al atom, alloying system of low energy, the system tends to be stable.
Analysis of the P element alloying concentration calculation (concentration of X less than or equal to 6.25%) the influence of the changes on the mechanical properties of NiAl alloy. It is found that the alloying of P concentration in 0.125% (both atomic percent) near the ductility of B2-NiAl crystal best, minimum hardness in the vicinity of 0.188%, B2-NiAl crystalline solid solution strengthening hardness increases sharply strong, but the ductility decreased, in the vicinity of 1.25% and in the range of 3.75%-6.25%, the ductility of B2-NiAl crystal has improved, but in the vicinity of 0.5%, the ductility of B2-NiAl crystal is the worst.

【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TG146.15

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1378210