由于γ相TiAl合金具有低密度、高温强度高、弹性模量优良、抗蠕变和抗氧化能力好等优势,所以该合金材料被广泛应用于高温高压等极端的环境,但是在室温条件下,材料的脆性制约了它的广泛应用。研究表明,采用少量掺杂其它杂质元素不但是改善室温脆性的有效途径,同时也是提高高温抗氧化性的主要方法。其中V和Nb元素具有改善TiAl合金延性及Nb元素还具有一定的高温抗氧化性能。然而对于V和Nb元素掺杂浓度和它们共掺杂γ-TiAl合金性质影响的研究报道还比较少,并且对它们的电子结构性质等研究处在摸索阶段,其中计算机模拟方法是探寻材料微观机理的有效途径。因此本文选取其中V和Nb为掺杂元素构建掺杂体系,探索单元素和双元素掺杂对γ相TiAl合金延性的影响,并分析其几何结构及内在电子结构等机理。根据第三代γ相TiAl合金掺杂的元素原子百分含量一般在10%以内,所以本文构建以Nb或V单掺杂浓度为1.85 at.%、2.78 at.%、4.17 at.%、6.25 at.%的γ相TiAl合金为单掺杂模型和Nb和V原子双掺杂浓度为1.85 at.%(Nb)+1.85at.%(V)、2.78 at.%(Nb)+2.78 at.%(V)、4.17 at.%(Nb)+4.17 at.%(V)、6.25 at.%(Nb)+6.25 at.%(V)的γ相TiAl合金为双掺杂模型,并基于密度泛函理论(DFT),运用Materials studio软件的CASTEP模块计算并分析了γ相TiAl合金在Nb或V单掺杂与Nb和V原子双掺杂前后的形成能、几何结构参数、轴比R、体弹模量、剪切模量、差分电荷密度及态密度等物理性质。综合对各模型的计算结果我们从以下几个方面作对比:(1)从原子平均形成能对比,Nb或V单掺杂体系中,Nb和V原子替换Ti原子位能量比替代Al原子位能量更低,说明Nb和V原子都容易取代γ相TiAl合金的Ti位。而在Nb和V原子双掺杂体系中,Nb原子容易取代Ti位,V原子容易取代Al位。(2)从晶胞几何结构参数、轴比R和弹性模量对比,Nb或V单掺杂体系中,Nb和V原子替换Ti原子位对γ-TiAl合金延性有所降低,而替换Al原子位时对γ-TiAl合金的各向异性有所降低,有利于改善其延性;Nb和V原子双掺杂体系对γ-TiAl合金的各向异性有所降低,延性有所提高,相较于V或Nb原子单掺杂的各向异性和延性改善比较明显。(3)从差分电荷密度和态密度分析,V原子或Nb原子单掺杂Ti位时,使得杂质原子与Al原子之间的反键作用强于未掺杂的Ti与Al原子之间的反键作用,同时对周围的Ti-Ti键、Ti-Al键和Al-Al键没有多大的影响。所以V或Nb原子掺杂Ti位使得TiAl合金脆性增强,稳定性降低;而掺杂Al位时,杂质原子周围形成金属键,同时减弱了p-p共价键,抑制了TiAl合金脆性、使合金基体的自由电子态密度升高,参与形成金属键的自由电子数增加,改善了TiAl合金延性。在Nb和V原子双掺杂TiAl合金模型中,随着Nb原子替换Ti原子位置,随着V原子替换Al原子位置,使合金基体的自由电子态密度升高,参与形成金属键的自由电子数增加,杂质原子周围形成金属键,同时减弱了p-p共价键,抑制了TiAl合金脆性、改善了TiAl合金延性。