高熵合金不同温度下的变形机理研究

High entropy alloys (HEAs) is at its initial exploratory stage, and has offered novel alloy design concepts, and expand the traditional one or two principle elements alloy design field to multi-principle elements fields, and they also have huge application potentials in temperature related engineering. The strengthening and deformation mechanism of the HEAs are an active topic in the research field. Basing on these understandings, in this project, we plan to study the constitutive, the deformation mechanism of HEAs at different temperatures, to accumulate knowledges for future strong alloys designs.

多主元高熵合金目前发展刚有10多年的时间，目前正处在一个初期探索阶段，把材料科学拓展至多主元的更宽广领域，为合金提供了新的设计理念，并预示着十分期待的高温工程应用，其不同温度下的塑性变形机制是科研领域关注的焦点。基于这一现状本项目拟以FeCoNiCrMn体系高熵合金为对象，通过不同温度下的拉伸、扫描电镜下(微尺度)原位拉伸、透射电镜下(纳尺度)原位拉伸并结合相关结构组织及分析，开展不同温度下高熵合金塑性变形机制的系统实验研究，探索不同温度下高熵合金的强韧化变形机理。

疲劳失效是固体材料可靠性研究的重要领域，而疲劳裂纹起源、疲劳裂纹扩展是疲劳研究的两个重要难点。目前常用的材料是多晶材料，然而多晶材料具有复杂的缺陷结构特征，比如材料中晶界缺陷无法准确量化给出，材料中的夹杂与晶界缺陷伴生，并且在晶粒尺度已无法视为各向同性等情况造成采用金属多晶研究金属疲劳一直很难澄清裂纹起源与裂纹扩展这一领域难点。本项目针对以上背景，创新地选择金属非晶作为模型材料（该材料无晶界，材料中的缺陷是典型的球形孔洞缺陷），研究材料缺陷对疲劳裂纹起源及疲劳裂纹扩展的影响。项目成果对高铁车轴、涡轮发动机轴等圆轴类构件的疲劳可靠性评估具有基础的模型指导价值 (Int, J. Fatigue,153, 106458, 2021)。材料力学实验是获取材料本构参数的重要过程，对于橡胶类等高分子材料，其受力与变形之间存在着显著的非线性关系，需要多种实验方式来获取材料的本构参数；双轴实验是橡胶类材料常用的一种测试方式，而双轴实验机通常需要四套传感器加载器及采集系统，因此比较昂贵；结合以上背景，本项目创新性地采用轮子与绳子组合方案，设计开发了一种基于常规万能材料实验机的等双轴拉伸装置，实现了位移加载模式下的恒力等双轴拉伸。这种装置为多种材料（如橡胶、聚合物和生物材料等）提供了一种方便有效的等双轴测试方法。项目成果发表在疲劳可靠性国际期刊International Journal of Fatigue和实验力学国际期刊 Experimental Mechanics上，获得了国际同行的认可。另外受资助者还对研究过程中所用材料熔炼设备及材料力学实验机进行了升级改造，为项目进一步研究夯实了实验基础。