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TWIP(Twinning Induced Plasticity)钢是在Fe-Mn合金的基础上添加合金元素,通过控制钢的层错能来控制变形过程中产生孪晶诱导塑性效应,使钢同时获得高强度和高塑性。对于TWIP钢以及Fe-Mn合金的研究报道多集中在实验领域,对于合金元素对TWIP钢基体的影响的更深层的原子、电子层面的探讨并未涉及。本文运用密度泛函理论研究计算了Mn、Cr、Ni元素对γ-Fe的影响,揭示Fe-Mn合金具有的特征;计算了Al、C元素对Fe-Mn合金层错能的影响,根据能带理论分析了合金元素对电子结构和晶体参数的影响;通过应力应变法研究了合金元素对Fe-Mn合金力学性能的影响。分析了合金元素的影响规律和作用机制,为钢的成分设计和理论研究提供依据。研究结果表明Mn元素含量增加,Fe-Mn合金层错能先减小后增大,同时降低体系总能,稳定合金结构。Cr元素能够降低层错能的同时降低体系总能,Ni元素提高层错能和体系总能。C元素能够升高Fe-25Mn合金的层错能,并增加合金结构的稳定性。高含量的Al元素能有效增加Fe-25Mn合金的层错能,但是Al会升高合金总能,不能稳定奥氏体。电子结构分析表明Fe-Mn合金晶体电子态密度中具有明显赝能隙,电子态密度主要由Mn-3d和Fe-3d轨道的电子贡献。因此Fe-Mn合金中存在金属键、共价键和少量离子键。随着C含量增加Fe-25Mn-XC合金的态密度赝能隙消失,并在低能级区域的态密度增加,在此区域三种元素间的电子轨道杂化较为强烈。C与Mn形成了Mn-C对,对合金具有强化的作用。Al元素对合金的态密度贡献很少,但是Al元素含量增加大大促进了Fe-Mn之间的电子杂化,增强了二者之间的结合能力,能有效增强合金的强度和塑性。从力学性能角度分析,随着Mn元素含量提高Fe-Mn合金的体积模量、杨氏模量和剪切模量都在减小。在Fe-25Mn合金的基础上添加C元素,结果显示随着C含量升高合金的体积模量、杨氏模量和剪切模量在增大。Fe-25Mn-0.7C合金的弹性常数变化最大,体模量和杨氏模量迅速增加而剪切模量几乎没有变化,但是能体现合金延展性的B/G的值从1.51迅速增长到1.96。