[发明专利]含缺陷结构高熵合金强度预测方法

权利要求书

1.一种含缺陷结构高熵合金强度预测方法，结合位错理论、晶体塑性理论和缺陷理论建立硬化模型，其特征在于：考虑了高熵合金中位错本身对滑移的阻碍作用，考虑了位错环缺陷与位错滑移的交互作用，考虑了高熵合金因原子尺寸以及模量差异引起的严重晶格畸变效应；所述含缺陷结构高熵合金强度预测方法包括如下步骤：

确定模型中需要的基本材料参数，收集相关材料位错环缺陷的相关物理参数；

根据经典晶体塑性理论，构建临界分剪切应力和剪切应变率之间的关系：

式中和m分别是参考剪切应变率和滑移的率敏感系数；

确定临界分剪切应力的组成，高熵合金临界分剪切应力τ^α由位错相互作用产生的对位错运动的滑移阻力晶格畸变对位错运动产生的滑移阻力τ_s和缺陷产生的滑移阻力三个部分组成：

分别计算各项临界分剪切应力的分量；

改变元素含量，再一次计算各分量的贡献；

分析处理模拟计算结果；

位错相互作用导致材料出现应力硬化，由位错理论可知，位错对临界分剪切应力的贡献可以表示为：

其中b是伯格氏矢量，μ为剪切模量，h_n为位错硬化系数，考虑位错增殖和湮灭，位错密度的演化可表示为：

其中是施加应变率，增殖系数k₁和湮灭系数之间的关系可以写成：

其中，ε₀,D^α,g^α,k,和χ分别为参考应变率，拖拽应力，归一化激活能，玻尔兹曼常数和相互作用参数；

位错环阻碍位错的滑移运动，导致屈服应力的增加，由于面心立方晶体有12个滑移系，因此采用缺陷-位错相互作用模型来表征位错环和位错相互作用的空间依赖性：

h_d是位错环硬化系数，N_d＝4是位错特征平面{111}数，n^α是滑移平面的法向量，H^β是描述位错环的二阶矩阵；

H^β＝ρ₁·3d₁·M^β

其中I⁽²⁾是单位二阶矩阵，n^β是位错环特征平面的法向量，ρ₁和d₁分别为位错环初始密度和尺寸；

材料中结构缺陷通常由加工或服役过程中产生的力、热或磁原因引入，其中所述结构缺陷包括位错、位错环、晶界及析出相；位错通常实现对含位错环缺陷的高熵合金强度预测，同时可以通过调控元素含量，对性能更优异的高熵合金设计提供指导。

2.根据权利要求1所述的一种含缺陷结构高熵合金强度预测方法，其特征在于，利用材料中元素的固有参数和已有的实验数据对所涉及的强化模型中的三项强化机制进行准确计算。

3.根据权利要求1所述的一种含缺陷结构高熵合金强度预测方法，其特征在于，所述含缺陷结构高熵合金为FeNiMnCr高熵合金，其材料参数为：Fe的原子半径为124pm、剪切模量为82GPa、体积分数为27.1％；Ni的原子半径为125pm、剪切模量为76GPa、体积分数为29.5％；Mn的原子半径为127pm、剪切模量为81GPa、体积分数为26.6％；Cr的原子半径为125pm、剪切模量为115GPa、体积分数为16.8％。

4.根据权利要求1所述的一种含缺陷结构高熵合金强度预测方法，其特征在于，晶格点阵的随机性使高熵合金具有明显的晶格畸变效应，增大了位错滑移阻力，因此高熵合金晶格畸变对材料强度的影响不可忽视；

τ_s＝t^-1σ_ss

其中t为泰勒系数3.06，σ_ss为晶格畸变对屈服强度的贡献，并且根据Vegard法则可知，高熵合金的总晶格畸变强化由合金中每一种元素单独作用叠加而成：

n是元素种类数，c_i是i元素浓度，为高熵合金中第i种元素对整体屈服强度的单独贡献值。