典型HCP金屬與L12型Al3X(X=Mg,Sc,Zr)理想強度的第一性原理研究.pdf

1、在航空航天和3C(Communication,Computer,Consumer Electronic Product)電子領域中,輕質、高強度、良好的電磁屏蔽等特點始終被視為優(yōu)良材料的集中體現。除滿足上述特點之外,鋁鎂合金還具有良好的導電、導熱性能及加工成本低、便于回收等優(yōu)點,已經成為人們研究的焦點。為了進一步改善這些合金的性能,雖然實驗的探索在持續(xù)進行,但更需要從理論角度揭示其內在機理,進而給材料的設計與開發(fā)提供一定的指導價值。近年

2、來,從彈性性質的計算到應力—應變曲線的模擬,材料力學性能的理論研究不斷取得新突破,為開發(fā)滿足實際需求的鋁鎂合金提供了重要的發(fā)展機遇。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,首先對七種典型Hcp金屬(Be,Mg,Y,Ti,Zr,Zn和Ru)的應力—應變曲線和理想強度進行了計算。結果表明:這些Hcp金屬的理想剪切強度主要發(fā)生在{0001}基面或{1010}柱面上;而對于基面,<1010->方向的峰值剪切應力小于<1120-

3、>方向的值;此外,主族金屬(或過渡金屬)隨c/a值的減小,理想強度(包括理想拉伸和理想剪切強度)呈遞增趨勢。
　　接著,同樣運用第一性原理計算對L12型Al3X(X=Mg,Sc,Zr)的彈性性質和塑性變形作了全面系統(tǒng)的研究。計算所得的晶格常數與實驗值一致,表明本工作選取的計算參數是準確合理的。計算的形成焓為負,指出這些相的結構有較好的穩(wěn)定性。彈性常數的計算表明:L12型Al3Sc和Al3Mg分別是三者之中最硬和最軟的材料;G/B值

4、顯示Al3Mg的韌性最好,Al3Sc和Al3Zr相對較差。從應力—應變關系曲線可知,小應變下彈性性質可以通過彈性常數的計算準確描述,但在大應變情況下對塑性性質的評估只能通過理想強度的計算來實現。三者的理想拉伸強度和理想剪切強度均位于[110]拉伸方向和{111}[110]剪切系中。L12型Al3Zr的理想強度和延展性均是三者之中最好的,接下來是Al3Sc,最后為Al3Mg。對電子態(tài)密度和形變過程中電荷密度分布也作了詳細分析,指出從Al3