综述：Ti/Al对Fe-Cr-Ni-Al-Ti合金结构稳定性与力学性能的影响

（编辑推荐）本研究通过第一性原理计算建立了Fe20-x-yCr5Ni7AlxTiy合金的（特殊准随机结构）SQS模型，揭示Ti/Al原子比对（奥氏体）austenitic结构稳定性和力学性能的调控机制。Fe14Cr5Ni7Al2Ti4组合展现最优体积收缩与稳定性，而Ti/Al比例升高可提升（剪切模量）G和（杨氏模量）E。实验验证的低磁不锈钢（相对磁导率μr≈1.005）兼具476-1139MPa强度与14.6-41.2%延伸率。

　　

Abstract

通过第一性原理计算构建的Fe_20-x-yCr₅Ni₇Al_xTi_y（x,y=1-5）无序特殊准随机结构（SQS）模型，系统研究了Ti/Al配比对低磁奥氏体不锈钢的影响。原子半径与相互作用力的协同效应导致合金体积随Al/Ti含量增加呈线性膨胀，其中Fe₁₄Cr₅Ni₇Al₂Ti₄表现出最小晶胞体积和最高结构稳定性。

能量分析显示所有体系的总能、内聚能和形成能均为负值，证实不同Al/Ti含量下的晶体稳定性。随着Ti/Al原子比提升，体弹性模量（B）逐渐降低，而剪切模量（G）和杨氏模量（E）显著增加，表明材料抗体积变形能力减弱但抗剪切与拉压变形能力增强。

实验验证了Ti/Al比为1/5、3/3和5/1的合金性能：这些材料保持稳定的奥氏体结构和顺磁性（μ_r=1.00457-1.00557），力学性能跨越476-834MPa屈服强度、896-1139MPa抗拉强度及14.6-41.2%延伸率范围。该研究为高强度稳定奥氏体Fe-Cr-Ni-Al-Ti合金的成分设计与工艺开发提供了重要理论依据。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。