高熵合金损伤行为和变形机理研究

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高熵合金的出现,突破了传统航空高性能合金设计瓶颈。本文基于先进的原位和晶向观测试验方法,引入几何必需位错密度等损伤表征参量,研究了高性能多晶高熵合金拉伸和多种温度工况低周疲劳加载条件下多尺度损伤行为。首先,确定熔炼成形方法和热处理工艺,制备合金坯料并对合金强度硬度及元素组分分布情况展开性能验证试验。随后,分别开展原位观测的微小试样拉伸和疲劳试验,探索了狭小空间内微型拉伸试样局部应变测量方法,得到了不同应变水平下微观组织损伤实时特征。疲劳加载方面,设置室温和300℃两种温度工况,捕捉到裂纹萌生扩展的整个过程。同时,基于当前材料考虑多晶晶粒取向建立晶体塑性有限元模型,针对两种温度下预制缺口疲劳加载工况进行模拟分析。在试验损伤前后,分别进行表面晶体取向标定,形成了一种晶向观测表面抛光工艺,得到了损伤前后表面重点关注区域欧拉角数据,并在此基础上完成了全场几何必需位错密度定量计算。最后,分析单轴拉伸条件下微观组织损伤机理,发现了晶界对位错和滑移线簇运动的抑制作用。研究低周疲劳裂纹萌生扩展规律,说明了微裂纹阶梯偏折扩展行为,讨论了试验微裂纹萌生位置与累积塑性应变模拟结果之间的联系以及缺口边缘主导滑移系分布特性。串联损伤宏微观特征和滑移系层面表征参量分布,描述了单轴拉伸和疲劳加载时损伤在裂纹、滑移线簇和晶界附近的堆积行为,验证了原子密排面与滑移系开动的联系,比较了多尺度下不同温度条件的疲劳裂纹萌生扩展和损伤分布行为。
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