Cu-Ni-Sn合金第一性原理計算及組織性能調控

本書通過第一性原理對Cu-Ni-Sn合金固溶體的調幅分解、空位形成能、位錯與溶質原子的相互作用以及各類不同結構的析出相進行理論計算與分析，探究了合金在不同狀態下的各類組織微觀結構的性質及其形成機理。同時以典型的Cu-15Ni-8Sn合金為例，研究了Cu-Ni-Sn合金的動態應變時效（Dynamic Strain Aging，DSA）及其對組織及性能的影響，深入分析了應變與時效的相互影響機理。在此基礎上，結合第一性原理計算與實驗研究闡述了典型的第四種合金元素對Cu-Ni-Sn合金組織與性能的影響及其機理。

本書可供金屬材料及計算材料學專業的本科生、研究生及從事相關研究領域的工作者參考使用。

第1章 緒論 001
1.1 超高強彈性銅合金簡介 001
1.1.1 Cu-Be合金 002
1.1.2 Cu-Ti合金 003
1.1.3 Cu-Ni-Si合金 003
1.1.4 Cu-Ni-Mn合金 004
1.1.5 Cu-Ni-Al合金 005
1.2 Cu-Ni-Sn系合金的研究現狀 006
1.2.1 Cu-Ni-Sn合金的分類 006
1.2.2 Cu-Ni-Sn合金的製備工藝 007
1.2.3 Cu-Ni-Sn合金的時效組織 008
1.2.4 Cu-Ni-Sn合金性能的影響因素 010
1.3 合金的動態應變時效與PLC效應 013
1.3.1 DSA的宏觀特徵 013
1.3.2 DSA的影響因素 016
1.3.3 DSA對材料組織結構與性能的影響 017
1.4 Cu-Ni-Sn合金第一性原理研究進展 018
1.4.1 第一性原理計算簡介 018
1.4.2 第一性原理在銅合金的研究應用 019
1.4.3 Cu-Ni-Sn合金第一性原理研究展望 020

第2章 Cu-Ni-Sn固溶體穩定性第一性原理計算 023
2.1 Cu-Ni-Sn固溶體簡介 023
2.2 固溶體MS計算方法 024
2.2.1 固溶體模型的搭建 025
2.2.2 計算參數的設置 026
2.3 固溶體的形成能與電子結構 026
2.3.1 固溶體形成能 026
2.3.2 固溶體的電子結構 028
2.4 溶質原子的調幅分離能及團簇 030
2.4.1 Sn的調幅分離能 030
2.4.2 Ni的調幅分離能 031
2.4.3 固溶體的體積變化 032
2.4.4 溶質原子的團簇 033
2.5 本章小結 037

第3章 Cu-Ni-Sn固溶體缺陷第一性原理計算 038
3.1 空位形成能的計算 038
3.1.1 空位模型的搭建 038
3.1.2 空位形成能的計算結果與分析 039
3.2 固溶體擴散啟動能的計算 039
3.2.1 固溶體擴散模型的搭建 040
3.2.2 空位遷移能與Sn原子遷移能 041
3.3 位錯與溶質原子的交互作用 042
3.3.1 超胞位元錯模型的搭建 042
3.3.2 位錯對固溶體溶質原子分佈的影響 044
3.4 本章小結 047

第4章 （Cu，Ni）3Sn析出相第一性原理計算 048
4.1 (Cu,Ni)3Sn相的結構類型 048
4.2 合金相超胞結構設計及計算方法 049
4.2.1 超胞成分及結構設計 049
4.2.2 計算參數設置 050
4.3 合金相結構計算結果與分析 050
4.3.1 晶體常數的比較 050
4.3.2 結構優化後形成能比較 054
4.3.3 電子結構分析 057
4.3.4 彈性力學性能分析 063
4.3.5 聲子色散及熱力學分析 065
4.4 本章小結 067

第5章 Cu-15Ni-8Sn在時效溫區下的壓縮變形研究 069
5.1 材料製備及其試樣表徵分析方法 069
5.1.1 材料製備 069
5.1.2 試樣表徵分析方法 070
5.2 變形特點及組織分析 070
5.2.1 不同變形條件下的應力-應變曲線 070
5.2.2 不同變形條件下的合金顯微組織 076
5.3 本章小結 079

第6章 Cu-15Ni-8Sn的動態應變時效機理研究 081
6.1 動態應變時效現象及機理 081
6.1.1 應力-應變曲線分析 081
6.1.2 DSA啟動能計算及機理分析 085
6.2 動態應變後合金的組織 087
6.2.1 不同狀態試樣的金相組織 087
6.2.2 動態應變時效後合金微觀組織的變化 090
6.3 本章小結 094

第7章 DSA預處理對Cu-15Ni-8Sn再時效組織與性能的影響 095
7.1 典型變形條件下的力學行為及其組織性能 095
7.1.1 應力-應變曲線與變形條件的關係 095
7.1.2 DSA預處理對合金顯微組織的影響 096
7.1.3 DSA預處理對合金力學性能的影響 098
7.2 再時效後合金的組織與性能 099
7.2.1 再時效後的顯微組織 099
7.2.2 再時效後的力學性能 104
7.3 本章小結 104

第8章 Cu-Ni-Sn組織與性能的微合金化調控 106
8.1 Ni3M與Cu3M析出相的第一性原理計算 106
8.1.1 Ni3M和Cu3M的形成能 106
8.1.2 Ni3M和Cu3M的力學性能 108
8.2 Si對Cu-Ni-Sn組織與性能的影響 111
8.2.1 Si對Cu-15Ni-8Sn合金鑄態組織的影響 111
8.2.2 Si對Cu-15Ni-8Sn合金固溶態組織的影響 115
8.2.3 Si對Cu-15Ni-8Sn合金時效硬化的影響 115
8.3 Ti對Cu-Ni-Sn合金組織與性能的影響 116
8.3.1 Ti對Cu-15Ni-8Sn合金組織的影響 116
8.3.2 Ti對Cu-15Ni-8Sn合金力學性能的影響 118
8.4 本章小結 119
參考文獻 120