船舶与海洋工程

项目概述

随着我国深海探测技术的发展，我国已经实现了全海深载人深潜，其中耐压结构为潜水器众多结构中最为基础且重要的一环，目前多采用强度高、密度小、耐腐蚀性好的材料，如钛合金、马氏体镍钢等，而新型高熵合金凭借其独特的四大核心效应，展现出远超传统合金的比强度和力学特性，成为深海领域的潜在应用材料。高熵合金的优异性能其本质上源于塑性变形过程中独特的位错行为，本研究正是从介观尺度，利用相场法对高熵合金CoCrNi中的位错行为进行探究，并同时考虑了高熵合金中严重的晶格畸变效应，建立了考虑晶格畸变效应的位错时空相场演化模型，进而成功捕捉到有关位错的相关演化过程，解释了高熵合金强韧化特征的本质来源，为新型合金的设计和应用提供理论基础和技术支撑。

项目创新点

开展了高熵合金晶格畸变效应理论研究，采用随机固溶体理论和位错理论，推导了高熵合金中晶格畸变诱导的局部应力场表达式。

提出了考虑晶格畸变效应的微观弹性时空相场演化模型，开展了纯金属Cu、Al和高熵合金CoCrNi中派尔斯应力和层错宽度的研究，揭示了高熵合金CoCrNi中晶格畸变对位错微结构的影响规律。

研究了高熵合金CoCrNi位错演化的应力相关性，确定了位错演化路径以及位错形核、分解与湮灭的临界应力条件。

项目成果及应用前景

成果：计算了高熵合金CoCrNi层错宽度以及派尔斯应力等关键参数的大小，研究了包括位错解离、形核和湮灭在内的整个位错演化过程的应力依赖性以及应力方向依懒性，描述了高熵合金CoCrNi位错运动有关的演化机制，从而很好地解释了高熵合金CoCrNi的高强韧化特性。

应用前景：新型高熵合金优异的力学性能与塑性变形过程中特有的位错芯微结构和运动方式密切相关，本研究利用二维模拟单元捕捉到了与位错运动有关的一些重要的演化机制，为指导新型合金的设计和应用提供理论基础和技术支撑。

熵合金CoCrNi位错环演化图。外应力小于湮灭应力时演化过程为A0→C1；外应力大于形核应力时演化过程为A0→D2；其他情况时演化过程为A0→C0

高熵合金CoCrNi层错宽度计算图，沿位错线所有截面峰值之间的距离取平均。(a)整体构型（图片背景表示）；(b)截取某截面的构型