基于第一性原理计算的 Ti-Ta 合金弹性性质趋势

马氏体起始温度（$M_{\text{s}}$）是高温形状记忆合金的一项关键技术特征。我们近期已表明 [Phys. Rev. B 94, 224104 (2016)]，描述 $M_\text{s}$ 成分依赖性的两个关键特征是 $T=0$ K 相稳定性与振动熵之差，而在 Debye 模型中，后者直接与弹性性质相关联。本文中，我们利用密度泛函理论结合特殊准随机结构，研究无序马氏体与奥氏体 Ti-Ta 合金的弹性性质随成分的变化。我们观察到奥氏体相在低 Ta 含量时四方剪切弹性常数发生软化，以及马氏体的剪切弹性常数呈现非线性行为。稳定奥氏体相在 $T = 0$ K 下至少需要 12.5$\%$ Ta。此外，马氏体的剪切弹性常数与杨氏模量在 Ta 浓度接近 30$\%$ 时呈现极大值。基于现象学的弹性常数判据表明，添加 Ta 可增强合金强度，但降低其延展性。另外，对马氏体与奥氏体计算所得的方向性弹性刚度随 Ta 含量增加变得更各向同性。所报道的弹性性质随成分的变化趋势，可为此类有趣材料体系中优化性能合金的设计提供指导。