《表5 Ni Ti-B2、Ni Ti-B19’和Ni Ti-R结构的力学性质(Voigt体弹模量Bv、Reuss体弹模量BR、Hill体弹模量B、Voigt剪切模量GV、Reuss剪切模量GR、Hil

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《"NiTi合金(B2,B19’和R相)键合特征与弹性性质的第一性原理研究"》

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采用上述公式计算的结果如表5所示。体弹模量B代表材料化合键强度的平均值，而剪切模量G体现材料受到外力作用时抵抗化合键改变的能力。而剪切模量与体弹模量的比值G/B大小可以用来反映材料中键合定向性的程度，G/B比值越大材料中键合定向程度就越高[29]。从表5中可以看出B2相结构中的化合键平均强度最强，B19’结构抵抗化合键改变的能力最强且键合定向程度也最高。根据Pugh[30]判据，G/B还可以用来表征材料的延脆性，G/B<0.57的材料显示延性，且G/B比值越小，材料中键的定向程度越低，材料延性越好。泊松比ν定义为材料横向应变和纵向应变的比值，其数值大小可以反映材料的抗剪切能力，同时也可以表征材料的延脆性。泊松比ν高的材料通常表现为延性，低的则表现为脆性，其临界值为1/3[31]。由表5中G/B和泊松比ν的计算结果表明，三种相结的Ni Ti合金都为延性材料，其延性强弱顺序为B2>R>B19’。关于三种相结构的延性结果，Hatcher等[20]认为Ni Ti的延展性是通过其多晶成分和马氏体行为产生的，即B19’相比B2本质上具有延性。因此，实际情况比计算得出的结果更加复杂，但可以为实际相变中的现象提供参考。由电荷密度与Mulliken布居分析表明，NiTi合金中无定向性的化学键类型主要是金属键，有定向性的化合键类型主要是共价键。三种相结构中B2相共价键强度最高，但是其总的成键定向程度却最低，由此推断其内部无方向性的金属键强度一定也是最高，且金属键所占比例远大于共价键所占比例。由表5还可知，R相的体弹模量略大于B19’的体弹模量，表明R相结构中的化学键平均强度略微强于B19’，由Mulliken布居分析表明R相中共价键平均强度小于B19’，由此推断R相中的金属键强度强于B19’中的金属键强度。因此三种相结构Ni Ti合金的金属键强弱顺序应为B2>R>B19’，这与由态密度分析得到的三种相结构Ni Ti合金的金属性强弱一致。以上分析中没有考虑Ni Ti内部离子键的影响，主要是因为三种相结构中离子键的平均强度没有差异，且离子键所占比例都非常小，因此离子键对Ni Ti合金不同相结构力学性能差异的影响可以忽略不计。