高强钛合金价电子结构参数统计值及抗拉强度的理论计算

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高强钛合金因其优良的特性已在高性能飞行器结构材料中获得越来越多的应用,相关的基础理论研究也越来越必要。因此本文以EET、改进的TFD理论为指导,在合金电子结构计算发展及应用的基础上建立了高强钛合金相及相界面价电子结构计算模型;提出了合金相及相界面价电子结构参数统计值的计算公式并计算了高强钛合金相及相界面价电子结构参数的统计值;研究了高强钛合金的价电子结构参数统计值与相变、力学性能的关系;计算了高强钛合金不同热处理条件下的抗拉强度。计算结果与实验研究符合较好。研究结果归纳如下:  一、以往“EET”通过自洽方法计算原子最可几组态下的电子结构参数,但是在没有实验资料可参考时,从众多的可能存在的原子组态中确定一种原子最可几组态,是非常困难的。于是基于“宏观物理量应是微观状态统计平均值”的思想,本文引入了钛合金相及相界面价电子结构参数统计值的计算方法,尝试了相及相界面价电子结构参数的统计值在钛合金宏观性质研究中的应用。  利用“平均原子”模型计算了二元β钛合金置换固溶体相价电子结构参数的统计值nA和EA,在电子结构层次分析了相最强键上的共用电子对数nA及该键的键能EA与钛合金相变温度及共析转变的关系。研究结果发现,利用以往钛合金研究者常采用的“平均原子”模型所计算的二元β钛合金置换固溶体相价电子结构参数的统计值虽能较好地揭示合金元素在钛合金中的作用,但是研究多元合金性质时经常会遇到困难。  二、鉴于高强钛合金中合金元素较多、微观固态反应复杂,“平均原子”模型不能真实反映高强钛合金的性质。因此本文  (1)建立了高强钛合金中α、β相的“偏聚晶胞”模型;计算了高强钛合金中α、β相及相界面价电子结构参数的统计值;  (2)建立了供高强钛合金相变机理、强韧化机制及抗拉强度理论计算研究所需的相及相界面价电子结构参数数据库;  (3)利用高强钛合金β相价电子结构参数的统计值分析了高强钛合金β相稳定性、β相分离及富化β相分解的机理:  (4)建立了高强钛合金相价电子结构参数的统计值与相变、力学性能的关系;  (5)在此基础上,利用高强钛合金相及相界面电子结构参数的统计值、结合制备工艺及相变,提出了高强钛合金抗拉强度理论计算公式,即高强钛合金的抗拉强度应为基体β-Ti的强度与合金元素的固溶强化、界面强化(涵盖析出强化)产生的强化强度增量之和。  三、以西北有色金属研究院设计的高强亚稳β钛合金Ti-B20的实验研究为基础,分别计算了Ti-B20合金在β相区固溶处理、α+β相区固溶处理及780℃固溶+时效处理后的抗拉强度,计算结果与实验研究符合较好。
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