V-Ta合金力學性能的計算與實驗研究.pdf

1、本論文以V合金作為研究對象，采用計算與實驗相結合的方法對合金的力學性能進行評估，以期設計開發(fā)出力學性能、特別是高溫力學性能優(yōu)異的V合金。
　　采用相圖計算方法計算優(yōu)化了V-Ta，V-W，V-Ti二元V合金體系的相圖，獲得它們組成相的Gibbs自由能與成分溫度關系的表達式。(1)計算所得V-Ta體系相圖的液相與BCC相之間的相區(qū)分界線與實驗數(shù)據(jù)吻合欠佳，Ta含量為50 at.％以下合金的固/液平衡點高于實驗值，且計算出的相圖中沒有顯

2、示C14相區(qū)。(2)V-W體系的相組成較簡單，優(yōu)化結果較準確，V-Ti體系的相圖計算結果與實驗數(shù)據(jù)吻合得很好。由V-Ta體系的二元相圖計算結果得到在Ta含量低于30wt.％時V-Ta合金從常溫至1200℃高溫下熱力學穩(wěn)定。
　　通過第一性原理計算彈性常數(shù)得到成分為V-10 wt.％Ta左右的合金體系的拉伸和剪切強度大于純V和其他Ta含量較高的合金體系，且表征其塑性的柯西壓力C'及B/G的值與純V接近，由此推斷其強度和塑性良好。理想

3、拉伸強度的計算也表明V-10 wt.％Ta體系強度較高，但是與理想拉伸和剪切強度對應的塑性指標κ值對其塑性的預測結果不佳。電子態(tài)密度的計算則表明Ta與V能夠形成一定程度的共價鍵，強化合金。
　　標準力學拉伸實驗得到二元V-Ta合金的強度隨著Ta含量的增加而增加，但塑性降低。當Ta含量為10 wt.％時，其室溫抗拉強度能達到478.6MPa，大于同等制備和熱處理工藝下得到的V-5Cr-5Ti的308.0MPa，伸長率和斷面收縮率分別

4、為30.7％和60.8％。V-10 wt.％Ta體系在幾種成分的V-Ta合金中力學性能最好，與計算相吻合。在1100℃溫度下V-15 wt.％Ta體系的抗拉強度為122.6MPa，大于V-5Cr-5Ti的102.6MPa，伸長率和斷面收縮率分別為40.6％和67.3％; Ta含量為10 wt.％的合金在1100℃下的塑性表現(xiàn)最好，伸長率和斷面收縮率為57.9％和82.0％，但強度較低，為83.4MPa。
　　Ta含量為30 wt.

5、％左右的二元V-Ta合金的密度與不銹鋼接近，但是其脆性明顯，在不改變合金密度的情況下考慮向二元體系中添加第三組元以改善其力學行為。用第一性原理方法計算幾種三元合金體系的彈性常數(shù)，得到當在V-30 wt.％Ta體系中引入Fe元素后，體系的理想拉伸和剪切強度為17GPa和7GPa左右，大于純V的11GPa和5GPa及其他元素固溶的合金體系。V-Ta-Fe體系的塑性參量κ也與純V的κ值接近，說明其可能具有良好的塑性。倘若強度要求已達到且用柯西