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航空材料学报  2016, Vol. 36 Issue (6): 1-8    DOI: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.6.001
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高强铝合金中间相Al2Cu,Al2CuMg和MgZn2性能的第一性原理计算
廖飞1, 范世通1, 邓运来1,2, 张劲3
1. 中南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410083;
2. 中南大学 有色金属材料科学与工程教育部重点实验室, 长沙 410083;
3. 中南大学 轻合金研究院, 长沙 410083
First-principle Calculations of Mechanical Properties of Al2Cu, Al2CuMg and MgZn2 Intermetallics in High Strength Aluminum Alloys
LIAO Fei1, FAN Shitong1, DENG Yunlai1,2, ZHANG Jin3
1. School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;
2. Key Laboratory of Nonferrous Materials Science and Engineering, Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China;
3. Light Alloy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China
全文: PDF(1296 KB)   HTML()
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 采用第一性原理平面波赝势方法,计算Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金主要中间相Al2Cu,Al2CuMg和MgZn2的结合能、形成焓、弹性常数及态密度。计算结果表明:3相结合能按MgZn2 > Al2CuMg > Al2Cu顺序递减;形成焓按MgZn2 > Al2Cu > Al2CuMg顺序递减;Al2Cu具有很高的弹性模量,同时具有一定的塑性,可以作为合金的强化相;Al2CuMg是典型的脆性相,并表现出明显的各向异性,容易诱导产生裂纹;MgZn2具有良好的塑性,同时熔点较低,是合金的主要强化相;3相中均存在离子键的相互作用,提高了结构稳定性;通过适当降低Cu,Mg含量,提高Zn的含量,有利于生成MgZn2相,进一步提高合金的综合性能。
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廖飞
范世通
邓运来
张劲
关键词 高强铝合金中间相第一性原理力学性能    
Abstract:Structural stabilities, mechanical properties and electronic structures of Al2Cu, Al2CuMg and MgZn2 intermetallics in Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloys were determined from the first-principle calculations by VASP based on the density functional theory. The results show that the cohesive energy (Ecoh) decreases in the order MgZn2 > Al2CuMg > Al2Cu, whereas the formation enthalpy (ΔH) decreases in the order MgZn2 > Al2Cu > Al2CuMg. Al2Cu can act as a strengthening phase for its ductile and high Young's modulus. The Al2CuMg phase exhibits elastic anisotropy and may act as a crack initiation point. MgZn2 has good plasticity and low melting point, which is the main strengthening phase in the Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloys. Metallic bonding mode coexists with a fractional ionic interaction in Al2Cu, Al2CuMg and MgZn2, and that improves the structural stability. In order to improve the alloys' performance further, the generation of MgZn2 phase should be promoted by increasing Zn content while Mg and Cu contents are decreased properly.
Key wordshigh strength aluminum alloy    intermetallics    first-principles    mechanical properties
收稿日期: 2015-12-31      出版日期: 2016-12-03
中图分类号:  TG146.2  
通讯作者: 范世通(1985-),男,博士,主要从事高性能铝合金材料性能研究,(E-mail)fanstone95@163.com。     E-mail: fanstone95@163.com
引用本文:   
廖飞, 范世通, 邓运来, 张劲. 高强铝合金中间相Al2Cu,Al2CuMg和MgZn2性能的第一性原理计算[J]. 航空材料学报, 2016, 36(6): 1-8.
LIAO Fei, FAN Shitong, DENG Yunlai, ZHANG Jin. First-principle Calculations of Mechanical Properties of Al2Cu, Al2CuMg and MgZn2 Intermetallics in High Strength Aluminum Alloys. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(6): 1-8.
链接本文:  
http://jam.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.6.001      或      http://jam.biam.ac.cn/CN/Y2016/V36/I6/1
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