密排六方结构中的{1012 }<1011>孪晶由于可以提供独立的滑移系而成为一个重要的变形方式。这一孪生模式在改善密排六方结构及其合金的塑性上具有显著的实际意义。不论在{1012}孪晶丰富的镁中和相对较少的钛中,都能够通过抑制或者促进这一孪晶的产生而改善强度或者塑性。与传统的孪生模式不同,近期的研究工作在Mg、Ti和Co中确定了一种新的变形模式(晶格再取向)。这一变形模式产生的基体与孪晶的取向关系与传统{1012}孪晶类似,其成核是借助晶格局部直接取向转变的方式进行的,从而产生一个基面/柱面界面。转变前后垂直的取向关系和基面/柱面的转换对合金设计具有重要的启示。但是有关这一变形模式的一些重要细节问题,比如转变路径以及合金化影响等仍然需要明确。因此本文采用第一原理计算方法,对与晶格再取向变形模式紧密相关的一些问题进行了研究。首先,采用高通量第一原理计算的方法,在一系列具有密排六方结构的金属,包括Be、Mg、Sc、Ti、Co、Y、Zr、Tc、Ru、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Hf、Re和Os中,系统研究了与{1012}孪晶相关的晶格再取向转变的能量路径。结果表明,不同密排六方金属中再取向过程需要不同的激发能,在这些被研究的体系中,Mg中晶格再取向过程需要的激发能最低,而Os最高。所有密排六方金属中的晶格再取向过程所需要的能量按照Mg、Gd、Tb、Dy、Zr、Tc、Ti、Ho、Y、Co、Er、Sc、Be、Tm、Lu、Hf、Re、Ru和Os依次增加。这些结果解释了为何晶格再取向模式能够在Mg的纳米柱压缩实验中观测到,但是只能在Ti的高应变速率的原子尺度模拟中出现。然后,本文将钛和镁中的晶格再取向分解为剪切变形和原子重排两个自由度。结果表明,在镁中原子重排部分贡献了激发能的主要部分;但是在钛中,当相对剪切变形量足够大时,随后的原子重排部分为能量下降过程。根据这一区别,将所研究的19种密排六方金属分为两组。第一组包括Ti、Tc、Be、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Zr、Er、Sc、Hf、Lu和Tm,在这一组中如果相对剪切变形量达到一个适当的程度(至少是总剪切变形量的60%),随后的原子重排部分就是一个能量下降过程;第二组包括Mg、Co、Ru、Re和Os,在这一组中不论相对剪切变形量达到多少,随后的原子重排部分都是能量升高过程。这些结果定性的解释了目前密排六方金属中所观察到的现象,阐明了对{1012}孪晶行为的一个广义理解,并以改善材料性能作为目的。随后,本文详细研究了合金元素对晶格再取向的影响,发现适当合金化可以有效减少晶格再取向过程所需要的能量。在合金化后的Ti中,这一降低作用表现的更加明显,并且合金元素的某些性质和晶格再取向过程所需要的能量之间存在明显的负相关。当相对剪切变形量大于65%时,任何一种合金元素都可以使Ti中原子重排的能垒消失;但是对于Mg来说,仅有La、Zr和Mn的添加可以在相对剪切变形量大于95%时,使Mg中原子重排的能垒消失。这一结果表明,在Mg及其合金的晶格再取向过程所需要的能量中,原子重排所需要能量总是一个相当重要的组成部分。因此,相对于Ti及其合金,在相对较低温度下,原子重排是Mg及其合金中孪晶形成的阻碍,导致其{1012}孪晶具有温度依赖的特点。在密排六方金属中,作为一个重要因素的c/a比与材料的许多性质密切相关,比如在结构材料中极其重要的位错和孪生行为。因此,本文同样采用第一原理方法高通量计算了钛合金和镁合金中的c/a比。其结果表明,合金元素对Ti和Mg的c/a比产生周期性的影响。在所研究的合金元素中,Mn、Fe、Ru、Ir和W对Ti的c/a比具有显著影响;但相对来说,合金元素对Mg的c/a比的影响较小。这些计算结果对助力合金设计和性能预测具有一定贡献。