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随着航空航天工业的快速发展,对轻质高温、高强和高韧结构材料的需求日益迫切。Ti-Al-Nb三元系钛合金材料结构和性能的调控空间大,研究较为活跃。以O相(正交相)为主要相组成的Ti2AlNb基合金具有较高的比强度、室温塑性、断裂韧性、高温蠕变抗力,以及较好的抗氧化性和无磁性等优点,是最有希望的下一代航空航天用高性能结构材料之一。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,结合准简谐近似模型系统地研究Ti2AlNb基O相的结构稳定性、高温弹性性能、热力学性质,揭示弹性性能与微观电子结构间的关系,并完善热力学数据信息。采用相图计算(CALPHAD)方法,构建端基热力学数据库,研究Ti2AlNb基O相中合金元素占位有序化行为与温度的关系以及占位有序化行为对合金性能的影响,取得以下研究结果:在温度从0K升高到1300K的过程中,完全有序的Ti2AlNbO相的高温弹性性能有不同程度的下降;在不同温度下,B/G值的结果表明Ti2AlNbO相是本征韧性材料;Ti2AlNb O相呈现各向异性特征,随着温度的升高而逐渐接近于各向同性,与现有文献中的实验报道结果一致;电子结构分析表明,高温弹性力学性能的下降主要是由于电子态之间的杂化和非局域性在温度的作用下减弱。当分别基于端基生成焓项和端基生成Gibbs自由能项两种不同的热力学函数表达方式,构建端基热力学数据库,采用CALPHAD方法计算在不同温度和合金成分时的Ti2AlNb基O相中合金元素占位分数,分析其占位有序化行为。研究结果表明:当温度低于800K时,基于生成焓项与生成Gibbs自由能项的端基热力学数据库计算得到的占位有序化行为基本一致;当温度高于800K时,基于Gibbs自由能项的端基热力学数据库计算得到的占位更加趋于无序化,与可得文献结果吻合更好。因此,考虑Gibbs自由能与温度的关系构建的端基热力学数据库,对合金元素占位有序化行为的描述更加合理和准确。基于生成Gibbs自由能项构建的端基热力学数据库计算得到合金占位分数,进一步利用占位分数,采用特殊准随机结构模型(SQS)建模,计算了 Ti2AlNbO相的占位有序化行为对合金相的弹性性能的影响。研究结果表明:随着占位有序度的减小,杨氏模量和剪切模型都有不同程度的减小,而体弹模量相差不大,这是由于占位有序度减小,导致晶体晶格畸变增加,而对合金体积影响不大。本文的研究方法和计算结果为Ti2AlNb基合金的成分、热处理工艺、相结构和性能的调控奠定了一定的基础。