Inconel 718合金的相及界面性质的第一性原理研究

Inconel 718合金的相及界面性质的第一性原理研究

作者:师大云端图书馆 时间:2018-03-20 分类:硕士论文 喜欢:2908
师大云端图书馆

【摘要】Inconel718合金由于在高温下具有高强度、高韧性、良好的抗疲劳、抗氧化腐蚀性等优点,而广泛应用于制造航空发动机、燃气轮机等热端关键部件。随着航空航天、兵器等国防工业领域的飞速发展,对镍基合金的综合性能提出了更高的要求。Inconel718合金的主强化相γ″-Ni3Nb和辅助强化相γ′-Ni3X(X=Al、Ti、Si…)直接影响到合金的综合机械性能。同时基体相与强化相形成的界面对合金的性能也有一定的影响。因此,从原子角度研究Inconel718合金的相及界面性质对理解合金作用机理具有重要意义,并为设计新一代镍基高温合金提供理论指导。本文采用CASTEP软件包计算了γ-Ni、γ′-Ni3X(X=Al、Ti、Si)和γ″-Ni3Nb结构、力学和电子结构等性质;研究了压力对各相力学和热学性质的影响;最后研究了不同堆积方式的Ni/Ni3X(X=Al、Ti、Si、Nb)(001)界面的粘附功Wad、断裂韧性G、界面能γi和电子结构,进而阐明了液相Ni在Ni3X颗粒上的形核潜能,主要结论如下:Ni3Nb是Inconel718合金中最容易生成的且最稳定的强化相。Ni、Ni3X(X=Al、Ti、Si、Nb)在0~50GPa下,弹性常数Cij、体模量B、剪切模量G、杨氏模量E都随压力的增大而增大。说明增大压力能提高合金的抗体积变形、抗剪切变形及硬度,从而合金的综合力学性能也随之提高。各相在0~50GPa下均是延展性和各向异性材料,且随压力增大延展性变好、各向异性系数增大。各相的德拜温度随着压力的增大而增大,且增长率逐渐减小。它们的德拜温度ΘD按Ni>Ni3Si>Ni3Ti>Ni3Al>Ni3Nb顺序依次递减。同时,计算出不同压力下的横波声速vs、纵波声速vl和平均声速vm弥补了实验空白,为将来的实验提供理论预测。分析Ni、Ni3X(=Al,Ti,Si,Nb)的态密度可知,各相在压力达到50GPa时仍然是稳定的且没有发生相的转变,随压力的增大原子间的相互作用势逐渐增大。计算的布里渊区电荷数和键长可以看出,X原子与Ni原子共用电子对随压力的增大而增大,键长反而减小,说明各相的共价键随着压力的增大而增强。这就是压力影响各相的结构、力学和热学等性质的根本原因。在Ni+X-hollow、Ni-hollow、Ni+X-top、Ni-top四种界面系统中,Ni+X-hollow界面系统具有最大的结合强度和最好的抗裂纹扩展能力。因此,Ni与Ni3X耦合形成界面时,Ni+X-hollow的堆积更可能是持续的自然的堆积方式,且该系统的稳定性和力学性能最好。横向比较Ni/Ni3X界面系统的粘附功可知,Ni与Ni3Ti耦合形成的界面系统在Inconel718合金中稳定性和力学性能最好。Ni+X-hollow界面系统裂纹断裂和扩展更有可能发生在基体相或强化相内,而不是界面处。该界面系统在四种堆积方式中界面能是最低的,说明它是最稳定的。对于Ni/Ni3Al、Ni/Ni3Ti和Ni/Ni3Si界面系统,以top位置堆积的界面系统液相Ni直接在Ni3X颗粒上形核是不可能的;以hollow位置堆积的界面系统在相对较低的过冷度下液相Ni都能直接在Ni3X颗粒上形核;并且Ni+X-hollow界面系统液相Ni在相对较低的过冷度下最容易在Ni3X颗粒上形核。对于Ni/Ni3Nb界面系统,液相Ni不能直接在强化相Ni3Nb颗粒上形核。在以Ni+X为终端的界面系统中,界面处Ni原子和X原子间电荷发生了重新排列,且在费米能级处界面的Ni原子与X原子发生轨道杂化,它们因共用电子对而形成共价键;在Ni为终端的界面系统中,界面处的Ni原子与Ni原子之间形成的是金属键。Ni+X-hollow界面系统的电荷反应比Ni+X-top界面系统强。这是Ni+X-hollow界面系统最稳定、力学性能最好的根本原因。
【作者】文志勤;
【导师】侯华;史德荣;
【作者基本信息】中北大学,材料工程,2014,硕士
【关键词】Inconel718合金;第一性原理;Ni3X(X=Al、Ti、Si、Nb);力学性质;颗粒形核;电子结构;

【参考文献】
[1]李建华.进城务工人员随迁子女学习适应和问题行为的干预研究[D].湖南师范大学,教育(专业学位),2014,硕士.
[2]丁婵娟.铜、铅、锌对大型溞毒性效应研究[D].山东师范大学,生态学,2013,硕士.
[3]许云波.界面能对纳米尺度冰熔化的影响[D].兰州大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[4]苏炜.直流输电换流站交流滤波器研究[D].华北电力大学(北京),电力系统及其自动化,2004,硕士.
[5]戴海容,王丽萍.网络环境下个体行为向群体行为演化路径分析[J].商业时代,2013,34:18-19.
[6]蔡哲锋.催化臭氧化处理难降解制药废水研究[D].浙江大学,环境工程,2004,硕士.
[7]张娟.施工企业应收账款内部控制研究[D].云南财经大学,MPAcc(专业学位),2014,硕士.
[8]周君.高陶瓷相Al/SiC复合材料化学镀镍工艺及质子辐照行为[D].哈尔滨工业大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[9]边策,顾民,于积.氧化石墨层间水的核磁共振波谱研究[A].中国物理学会波谱专业委员会.第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C].中国物理学会波谱专业委员会:,2012:2.
[10]张宿峰.流冰与桥墩的相互作用[D].东北林业大学,林区交通工程,2014,博士.
[11]李谦,景丽萍,于剑.基于多核学习的投影非负矩阵分解算法[J].计算机科学,2014,02:64-67.
[12]孟祖超.基于纳米材料的无酶电化学传感器构置及应用[D].西北大学,2012.
[13]韩雪.“那叫一个X”格式分析[D].吉林大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[14]吴米兰.基于电子签章的公文流转系统[D].电子科技大学,软件工程(专业学位),2012,硕士.
[15]张瑞君.纳滤对聚驱采油废水的处理效能及膜污染研究[D].哈尔滨工业大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[16]刘守基.同位素测厚仪射源的检修及其防护[J].冶金自动化,1983,03:54-57+63.
[17]凌先威.孔子生命情态观研究[D].安徽大学,中国哲学,2013,硕士.
[18]商利宏.基于复数ICA的MGDM系统信号分离技术研究[D].吉林大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[19]苏荣福.国家人造板质检中心综合业务管理系统的研究与开发[D].电子科技大学,软件工程(专业学位),2012,硕士.
[20]陈怡.培训师职业认同的叙事探究[D].华东师范大学,人力资源开发与教育,2013,硕士.
[21]刘传军.基于双目视觉的立体匹配算法研究[D].山东大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[22]方陈,夏清,孙欣.考虑大规模风电接入的发电机组检修计划[J].电力系统自动化,2010,19:20-24+74.
[23]徐晓国.基于Web的中国等翅目昆虫分类系统的设计与实现[D].浙江大学,农业昆虫与害虫防治,2004,硕士.
[24]张璠.十字花科植物的DNA条形码研究[D].山东师范大学,植物学,2013,硕士.
[25]乔杉.被告人庭前认罪答辩程序研究[D].山东大学,诉讼法学,2013,硕士.
[26]朱永进.淠史杭灌区渠系输水优化研究及应用[D].安徽建筑工业学院,市政工程,2012,硕士.
[27]徐驰.我国开展综合格斗运动的对策研究[D].吉林大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[28]胡正东.轴颈三维运动状态下的滑动轴承润滑分析[D].安徽工程大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[29]常娇.生态纪录片中英语解说词之功能文体分析[D].西北大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[30]杨金月.词块理论在高中英语写作教学中的应用研究[D].山东师范大学,教育(专业学位),2013,硕士.
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[32]侯恺.《聊斋志异》在芥川龙之介怪异小说中的体现[D].四川外国语大学,日语语言文学,2013,硕士.
[33]杨慧.行政垄断及反行政垄断立法研究[D].苏州大学,法学,2003,硕士.
[34]耿召.矿产资源规划管理信息系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程(专业学位),2012,硕士.
[35]刘志强,左幸.数据挖掘技术在水电站厂内经济运行中的应用[J].四川水力发电,2005,02:61-63+92.
[36]江蔚.客户关系管理系统在银行业的应用[J].华南金融电脑,2002,08:66-69.
[37]董婧婧.磁耦合谐振式无线能量传输系统的仿真与实验验证[D].哈尔滨理工大学,高电压与绝缘技术,2012,硕士.
[38]刘明强.褐煤低温热解及半焦燃烧、成浆特性的试验研究[D].浙江大学,2013.
[39]孔晓萍.常熟电子政务应用系统间协同办公的实现[D].南京邮电大学,计算机技术(专业学位),2012,硕士.
[40]刘业政,胡剑.商业智能的核心技术及体系结构研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2004,08:882-885.
[41]许馨月.科学发展观视角下的人本领导研究[D].中共吉林省委党校,中共党史,2013,硕士.
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[47]徐峰.骨炭对水土中重金属吸附、钝化及玉米吸收积累重金属的影响[D].甘肃农业大学,生态学,2013,硕士.
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[50]王宁.建立与完善政府—农业龙头企业—农户政策扶持机制研究[D].江西农业大学,农业经济管理,2012,硕士.

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