[发明专利]含缺陷结构高熵合金强度预测方法

说明书

本发明涉及一种含缺陷结构高熵合金强度预测方法。有效地结合位错理论、晶体塑性理论、缺陷理论，建立相关的强度理论模型。其中考虑了位错、位错环以及严重的晶格畸变效应对高熵合金性能的影响，来实现含缺陷结构高熵合金强度定量计算。通过本发明所提出的预测方法获得的屈服强度与实验结果吻合较好。本发明中分析的相关变形机理，对研究并预测位错环缺陷对高熵合金强度的影响具有重要意义。通过本发明提出的预测方法，调控合金的元素含量，研究不同元素含量下对屈服强度的影响，从而为高性能高熵合金设计提供理论指导。在新合金的开发过程，本方法有效避免了大量的重复试验，缩短了高性能高熵合金的研发周期，节约了成本，具有巨大的工程价值。

技术领域

本发明涉及含缺陷结构高熵合金强度预测领域，具体涉及位错理论、晶体塑性理论和缺陷理论，建立理论模型考虑微观缺陷与严重晶格畸变效应，实现对含缺陷高熵合金强度的预测。

背景技术

近年来，随着现代工业的需求，高熵合金被提出并得到广泛研究和使用。与大多数传统合金不同，高熵合金是由四种或四种以上等摩尔或近等摩尔量的元素组成。因此，其具有许多优良的性能，如高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、高温稳定性等。然而，在其加工和服役过程中会产生各种微观缺陷。例如，材料凝固过程中，热应力梯度的分布不均匀导致位错产生；材料经历机械加工变形(锻造、轧制)，在力的作用下在基体内部产生大量的缺陷结构。其次，在辐照条件下由于高能粒子的撞击在材料内部产生大量缺陷(间隙原子和空位)。这些缺陷结构的产生将影响高熵合金塑性变形过程中位错的运动和演化，从而导致了材料宏观力学性能的显著变化。此外，由于高熵合金各主元素原子尺寸和剪切模量的差异，使其具有严重的晶格畸变效应，导致位错运动比传统合金更难。从先前的实验可知，高熵合金中的晶格畸变可以提高缺陷钉扎能力，抑制缺陷的积累，这也是随着成分复杂性的增加，损伤程度减小的原因之一。与传统FeCrNi合金相比，FeNiMnCr高熵合金具有优异的性能，故被选为本发明的研究材料。FeNiMnCr高熵合金其内部主要的缺陷是位错、位错环以及晶界。

在以往的研究中，高熵合金微观缺陷对材料强度影响的研究多采用实验测定方法，相应的高熵合金微观缺陷强度的理论模型仍未被建立。此外，晶体塑性理论也仍未被用于高熵合金的研究。晶体塑性理论是一种将原子尺度和位错相结合，并将其与宏观变形过程相联系的有效方法。本发明基于实验和仿真结果，分析相关的变形机理，建立相关的微观缺陷强化理论模型，对研究缺陷的定量硬化效应和预测缺陷对力学性能的影响具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是基于实验数据结合位错理论、晶体塑性理论和缺陷理论，提出含缺陷结构高熵合金强度定量计算与预测方法。本发明在考虑高熵合金的位错环强化模型，实现含缺陷高熵合金的强度定量预测的同时，可以调控合金元素含量，预测出最优强度的高熵合金，从而大幅缩短耐高性能高熵合金的研发周期，降低研发成本。

本发明的技术方案是：

确定所用高熵合金的材料参数，包括元素物理参数及缺陷的相关参数。本发明采用的材料是FeNiMnCr高熵合金，材料参数如下：

表1各元素的物理参数。