激光冲击下CoCrFeMnNi高熵合金微观塑性变形的分子动力学模拟

激光冲击强化技术可以有效地提高材料的疲劳寿命,被广泛应用于航空航天领域.CoCrFeMnNi高熵合金作为一种经典的高熵合金体系,研究其激光冲击强化后的微观组织变化以及冲击动态响应对该材料未来在航空航天领域中的应用具有重要意义.采用分子动力学方法,对CoCrFeMnNi高熵合金进行了冲击模拟,发现冲击时弹、塑性双波分离现象以及微结构演化具有明显的取向相关性.沿[100]方向进行冲击时未出现双波分离结构,并且塑性变形过程中会产生中间相;而沿[110]与[111]方向冲击时产生了双波分离结构,并且受冲击区域存在大量的层错以及无序结构,高位错密度是产生无序结构的重要原因.双波分离现象与可开动滑移系个数有关,而沿不同取向冲击时的Hugoniot弹性极限和发生塑性变形的临界冲击速度与其可开动滑移系的Schmid因子大小有关.此外,冲击诱导了梯度位错结构的产生,位错密度沿冲击深度先增加后减小,在沿原子密排方向冲击时产生了更高的位错密度.冲击之后在模型两侧存在残余压应力,芯部为残余拉应力,残余应力的大小具有明显的取向相关性.最后,与具有相同尺寸及取向的纯Ni进行对比,发现CoCrFeMnNi高熵合金在冲击过程中由于晶格畸变效应产生了较纯Ni更多的无序结构.

CoCrFeMnNi高熵合金冲击波响应与层裂强度的分子动力学研究

高熵合金未来有望应用于航空航天和深海探测等领域,并且不可避免地会受到极端冲击载荷作用,甚至会发生层裂.本文采用分子动力学(MD)方法,研究了CoCrFeMnNi单晶高熵合金冲击时的冲击波响应、层裂强度以及微观结构演化的取向相关性和冲击速度相关性.模拟结果表明,在沿[110]和[111]方向进行冲击时产生了弹塑性双波分离现象,且随着冲击速度的增加呈现出先增强后减弱的变化趋势,但在沿[100]方向冲击时未出现双波分离现象.在冲击过程中,大量无序结构产生且随冲击速度的增加而增加,使得层裂强度随冲击速度的增加而减小.此外,层裂强度也具有取向相关性.沿[100]方向冲击时产生了大量体心立方(BCC)中间相,抑制了层错以及无序结构的产生,使得[100]方向的层裂强度最高;层裂初期微孔洞形核区域无序结构含量大小关系的转变,使得[111]方向的层裂强度在冲击速度较低时(U_(p)≤0.9 km/s)大于[110]方向,而在冲击速度较大时(U_(p)≥1.2 km/s)略小于[111]方向.研究成果有望为CoCrFeMnNi高熵合金在极端冲击条件下的应用提供理论支撑和数据积累.