[发明专利]一种设计低弹性模量钛合金的方法

权利要求书

1.一种设计低弹性模量钛合金的方法，其特征在于，所述的方法：首先通过建模软件构建二元钛合金的随机超胞模型；其次，采用USPEX软件打乱随机模型中的原子坐标并重新排列，得到多个无序超胞构型，运用VASP软件进行结构优化；再次，对VASP软件的输出结构CONTCAR分别采用应力应变法和能量应变法计算弹性常数；最后，基于对称性的投影技术对弹性常数进行优化处理，使用VRH方法得到多个弹性模量，对比多个无序超胞构型的弹性常数和弹性模量，筛选出模拟效率高的低弹性模量钛合金的无序超胞构型；

所述的方法包括如下步骤：

1)超胞模型建立：使用建模软件对钛铌二元合金材料进行建模，选取超胞尺寸：2×2×2、3×2×2、3×3×2、4×4×4，通过VESTA软件将模型数据文件类型转变为VASP的输入文件POSCAR；

2)原子重排：将步骤1)中得到的四种超胞的POSCAR结构文件作为种子文件，使用USPEX软件进行原子坐标的打乱后重新排列，并根据有序度S_order及结构自由能筛选得到适合的四种超胞的无序结构文件POSCAR；

3)模拟计算：

a.将步骤2)中得到的POSCAR采用VASP软件进行结构优化，生成稳定结构数据文件CONTCAR，重命名为POSCAR，作为下一步弹性常数计算的输入文件；

b.将上述结构分别采用应力应变法和能量应变法计算弹性常数：应力应变法生成OUTCAR文件，提取弹性常数矩阵C；能量应变法生成OSZICAR文件，提取施加不同应变后的结构能量数据；

4)结果处理与分析：

a.通过VESTA软件处理步骤3)中优化后的稳定三维无序结构，分析晶格常数及原子位置的变化，对OUTCAR文件和OSZICAR文件中得到的弹性常数和能量数据，借助力学稳定性判据分析比较材料的稳定性；

b.将步骤3)中得到的弹性常数矩阵C，结合绘图软件对能量法计算得到的结构能量数据及其对应应变量作二维散点图，最终拟合得到二次项常数，计算得出弹性常数、弹性模量及四角剪切常数；

c.选取弹性模量值较小的结构，通过比较非独立弹性常数与四角剪切常数的值来分析和筛选，得出模拟效果好、稳定性高且具备低弹性模量的Ti₃Nb合金无序构型。

2.如权利要求1所述的设计低弹性模量钛合金的方法，其特征在于，所述的二元钛合金为β型钛铌合金，元素成分百分比：Ti为75％，Nb为25％。

3.如权利要求2所述的设计低弹性模量钛合金的方法，其特征在于，所述步骤1)超胞模型建立的过程中，空间群为自由度最大的P1。

4.如权利要求2所述的设计低弹性模量钛合金的方法，其特征在于，所述的步骤2)原子重排的过程中，USPEX软件随机互换建模结构中Ti原子和Nb原子的原子位置，USPEX输入文件INPUT参数SpecificSwaps设置为1、2。

5.如权利要求2所述的设计低弹性模量钛合金的方法，其特征在于，所述的VASP软件中，计算中的截断能取值为500eV，离子能量均收敛在0.0001eV以下。

6.如权利要求2所述的设计低弹性模量钛合金的方法，其特征在于，所述步骤3)的b步骤中，采用能量应变法计算无序构型的弹性常数时，设置的应变量的绝对值＜0.01。

7.如权利要求2所述的设计低弹性模量钛合金的方法，其特征在于，所述的步骤4)的b步骤中，利用基于对称性的投影技术将原有弹性常数矩阵C转变为具有高对称性的弹性常数矩阵C^sym。