- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

Al-Mg-Si系铝合金在氢环境服役时, 因遭受氢损伤而导致力学性能退化. Mg ₂Si是Al-Mg-Si系铝合金主要的热处理强化相, 其力学性能直接决定着Al-Mg-Si系铝合金的强度. 本文采用基于密度泛函数理论的第一性原理计算方法, 研究了间隙H原子对Mg ₂Si力学性能的影响. 首先计算了Mg ₂Si的单晶体弹性常数 C ₁₁, C ₁₂和 C ₄₄, 在通过Hill模型计算了多晶体的弹性模量、泊松比及硬度, 并进一步计算了H对Mg ₂Si晶粒拉伸性能的影响, 最后对H原子掺杂引起的Mg ₂Si晶体态密度变化进行了分析. 结果表明: H原子的引入显著降低Mg ₂Si晶体的剪切模量和弹性模量, 从而使得体系强度、硬度降低, 韧性提高. 拉伸性能计算也表明H原子引起Mg ₂Si晶体断裂强度降低、断裂延伸率提高. 态密度分析表明, Mg ₂Si晶体中引入氢原子, 将引起Mg ₂Si晶体由半导体性质向金属性质的转变, 从而造成体系强度、硬度的降低, 韧性增加. 本文计算结果可以为揭示以Mg ₂Si为增强相的材料在氢环境中强度降低机理提供参考依据.

关键词:

Abstract

The mechanical properties of Al-Mg-Si-type aluminum alloys may degenerate due to the hydrogen damage during servicing in hydrogen environment. The Mg ₂Si is the main strengthening phases in Al-Mg-Si-type aluminum alloys. Therefore, the mechanical properties of Mg ₂Si directly determine the strengths of Al-Mg-Si-type aluminum alloys. In this work, the effects of hydrogen atoms on the mechanical properties of Mg ₂Si are investigated by first principle calculation, which is based on the density function theory. First of all, we calculate the single crystal elasticity constants of C ₁₁, C ₁₂and C ₄₄. Then the elasticity modulus, Poisson’s ratio and hardness of polycrystalline are calculated by using the crystal elasticity constants. Furthermore, we also calculate the tensile properties of Mg ₂Si with and without H atoms. The difference between the densities of states with and without H atoms is used to investigate the change of Mg ₂Si induced by H atoms. The results show that hydrogen atoms significantly reduce the shear modulus and elastic modulus of Mg ₂Si, resulting in the strength and hardness decreasing, but the toughness increasing. The calculations of tensile properties indicate that H atoms reduce the fracture strength but enhance the fracture elongation of Mg ₂Si. The analysis of density of states indicates that hydrogen atoms will induce the properties of Mg ₂Si to transform from semiconductor to metal properties. The calculated results in this paper can provide a reference basis for revealing the mechanism of strength reduction of Mg ₂Si materials in a hydrogen environment.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:苟国庆,gouguoqing1001@163.com

基金项目:西南交通大学博士创新基金(批准号: D-CX201831)和国家重点研发计划(批准号: 2016YFB1200602-16)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author:Gou Guo-Qing,gouguoqing1001@163.com

Funds:Project supported by the Doctoral Innovation Fund Program of Southwest Jiaotong University, China (Grant No. D-CX201831) and the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2016YFB1200602-16).

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

Phase	Source	Elastic constants/GPa
Phase	Source	C₁₁	C₁₂	C₄₄	C'	C₁₂–C₄₄
Mg₂Si	This work	113.2	22.2	45.2	45.5	–23.0
	Calculated^[20]	113.7	22.8	43.5
	Calculated^[6]	114.5	21.5	45.6
	Experimental^[21]	126.0	26.0	48.5
Mg₂Si-2.05 at.%H	This work	110.3	25.1	38.8	42.6	–13.7
Mg₂Si-4 at.%H	This work	109.0	26.1	37.8	41.4	–11.7
Mg₂Si-7.69 at.%H	This work	90.6	35.5	34.9	27.5	0.6

下载: 导出CSV

Phase	Source	Modulus
Phase	Source	G_H/GPa	B_H/GPa	E/GPa	ν	B_H/G_H	H/GPa
Mg₂Si	This work	45.3	52.5	105.6	0.16	1.16	10.31
	Calculated [20]	46.2	52.5	107.1	0.16	—	—
	Calculated [6]	44.3	53.4	104.1	0.17	—	—
	Experimental [21]	—	59.0	120.0	—	—	—
Mg₂Si-2.05 at.%H	This work	40.2	53.4	96.5	0.17	1.32	9.07
Mg₂Si-4 at.%H	This work	39.2	53.7	94.7	0.18	1.37	8.56
Mg₂Si-7.69 at.%H	This work	31.7	53.8	79.5	0.28	1.69	4.55

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]

[1]	付现凯, 陈万骐, 姜钟生, 杨波, 赵骧, 左良.Ti₃O₅弹性、电子和光学性质的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2019, 68(20): 207301.doi:10.7498/aps.68.20190664
[2]	林俏露, 李公平, 许楠楠, 刘欢, 王苍龙.金红石TiO2本征缺陷磁性的第一性原理计算. 必威体育下载 , 2017, 66(3): 037101.doi:10.7498/aps.66.037101
[3]	胡洁琼, 谢明, 陈家林, 刘满门, 陈永泰, 王松, 王塞北, 李爱坤.Ti3AC2相（A = Si，Sn，Al，Ge）电子结构、弹性性质的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2017, 66(5): 057102.doi:10.7498/aps.66.057102
[4]	刘博, 王煊军, 卜晓宇.高压下NH4ClO4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2016, 65(12): 126102.doi:10.7498/aps.65.126102
[5]	石瑜, 白洋, 莫丽玢, 向青云, 黄亚丽, 曹江利.H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2015, 64(11): 116301.doi:10.7498/aps.64.116301
[6]	胡洁琼, 谢明, 张吉明, 刘满门, 杨有才, 陈永泰.Au-Sn金属间化合物的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2013, 62(24): 247102.doi:10.7498/aps.62.247102
[7]	赵立凯, 赵二俊, 武志坚.5d过渡金属二硼化物的结构和热、力学性质的第一性原理计算. 必威体育下载 , 2013, 62(4): 046201.doi:10.7498/aps.62.046201
[8]	颜小珍, 邝小渝, 毛爱杰, 匡芳光, 王振华, 盛晓伟.高压下ErNi2B2C弹性性质、电子结构和热力学性质的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2013, 62(10): 107402.doi:10.7498/aps.62.107402
[9]	范开敏, 杨莉, 孙庆强, 代云雅, 彭述明, 龙兴贵, 周晓松, 祖小涛.六角相ErAx (A=H, He)体系弹性性质的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2013, 62(11): 116201.doi:10.7498/aps.62.116201
[10]	周平, 王新强, 周木, 夏川茴, 史玲娜, 胡成华.第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质. 必威体育下载 , 2013, 62(8): 087104.doi:10.7498/aps.62.087104
[11]	段永华, 孙勇.(α, β , γ)-Nb5Si3电子结构和光学性质研究. 必威体育下载 , 2012, 61(21): 217101.doi:10.7498/aps.61.217101
[12]	赵荣达, 朱景川, 刘勇, 来忠红.FeAl(B2) 合金La, Ac, Sc 和 Y 元素微合金化的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2012, 61(13): 137102.doi:10.7498/aps.61.137102
[13]	王斌, 刘颖, 叶金文.高压下TiC的弹性、电子结构及热力学性质的第一性原理计算. 必威体育下载 , 2012, 61(18): 186501.doi:10.7498/aps.61.186501
[14]	逯瑶, 王培吉, 张昌文, 冯现徉, 蒋雷, 张国莲.第一性原理研究Fe掺杂SnO2材料的光电性质. 必威体育下载 , 2011, 60(11): 113101.doi:10.7498/aps.60.113101
[15]	蒋雷, 王培吉, 张昌文, 冯现徉, 逯瑶, 张国莲.超晶格SnO2掺Cr的电子结构和光学性质的研究. 必威体育下载 , 2011, 60(9): 093101.doi:10.7498/aps.60.093101
[16]	陈海川, 杨利君.LiGaX2(X=S, Se, Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算. 必威体育下载 , 2011, 60(1): 014207.doi:10.7498/aps.60.014207
[17]	胡玉平, 平凯斌, 闫志杰, 杨雯, 宫长伟.Finemet合金析出相-Fe(Si)结构与磁性的第一性原理计算. 必威体育下载 , 2011, 60(10): 107504.doi:10.7498/aps.60.107504
[18]	余本海, 刘墨林, 陈东.第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质. 必威体育下载 , 2011, 60(8): 087105.doi:10.7498/aps.60.087105
[19]	于峰, 王培吉, 张昌文.N掺杂SnO2材料光电性质的第一性原理研究. 必威体育下载 , 2010, 59(10): 7285-7290.doi:10.7498/aps.59.7285
[20]	许红斌, 王渊旭.过渡金属Tc及其氮化物TcN，TcN2，TcN3与TcN4低压缩性的第一性原理计算研究. 必威体育下载 , 2009, 58(8): 5645-5652.doi:10.7498/aps.58.5645

计量

文章访问数:8867
PDF下载量:95
被引次数:0

搜索

留言板