无序合金的序调控
2025, 74 (8): 086101.
doi: 10.7498/aps.74.20250097
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多主元合金概念的提出颠覆了传统物理冶金的理念, 极大地拓展了材料设计空间. 合金相图从热力学角度揭示成分、热力学与结构之间的关系, 对指导材料优化具有重要意义. 传统实验方法测定相图费时耗力, 且面临着测量条件、成分控制、高温高压等因素限制, 系统评估相图和热力学性质困难. 在此工作中, 我们以典型等原子比镍钴铬合金为原型材料, 采用元动力学、动态概率增强采样和扩展系综模拟相结合的方法, 克服原子尺度模拟的时间尺度限制, 系统地绘制了镍钴铬在高温、高压条件下的温度-压力相图, 并计算了不同热力学条件下该材料体心立方晶体与液体相变的自由能面. 基于自由能路径, 量化了晶化和熔化相变过程中, 激活能、激活体积、激活熵与温度、压力的关系, 从而揭示了压力和温度分别通过影响激活体积和激活熵, 进而影响熔化和晶化动力学的物理机制. 该研究为理解多主元合金的热力学与相变动力学提供了理论支持, 探索了其在极端条件下结构稳定性.
2025, 74 (8): 086102.
doi: 10.7498/aps.74.20250128
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多主元合金, 亦称为高熵合金, 作为一种新型合金材料, 因其优异的力学性能和热稳定性在多个领域展现出巨大的应用潜力. 本文采用分子动力学模拟方法, 以3种典型的体心立方结构多主元合金——TaWNbMo, TiZrNb和CoFeNiTi为研究对象, 系统研究了合金中的原子局域晶格畸变特征及其影响因素. 通过冯·米塞斯应变和体积应变作为描述符, 定量分析了合金中原子应变的分布及其与晶格畸变的关系. 研究结果表明, 晶格畸变越大, 冯·米塞斯应变和体积应变的分布范围越广, 且应变值显著增大. 进一步分析发现, 合金中的原子半径差异、化学短程有序结构以及温度均显著影响原子应变. 具体而言, 原子半径差异越大, 体积应变越大, 而化学短程有序结构的形成有助于减小晶格畸变和原子应变. 温度的升高则会导致晶格振动加剧, 从而增大原子应变. 本文的研究为理解高熵合金的微观力学行为提供了新的视角, 并为其在高温和极端环境下的应用设计提供了理论支持.
2025, 74 (8): 086103.
doi: 10.7498/aps.74.20250141
摘要 +
中熵合金因其独特的强塑性协同效应, 在高应变速率服役的结构材料领域展现出广阔应用前景. 本研究聚焦于NiCoV中熵合金体系, 通过引入高熔点钨元素(原子含量为5%)进行合金化设计, 采用真空电弧熔炼结合热机械处理工艺制备了(NiCoV)95W5合金. 基于分离式霍普金森压杆实验平台, 系统揭示了该合金在2000—6000 s–1高应变速率下的动态响应机制与变形机理. 研究发现: 合金展现出优异的应变速率敏感性(m = 0.42), 当应变速率从准静态(10–3 s–1)提升至动态(6000 s–1)时, 屈服强度显著提升162% (720→1887 MPa), 这一强化效应源于高应变速率下晶格畸变诱导的声子拖曳作用显著增强. 通过显微分析, 揭示了该合金体系在高应变速率下的多尺度协同变形机理: 2000 s–1时以位错平面滑移为主导, 当速率增至4000 s–1时形成高密度位错缠结网络并激发部分析出相协同变形, 而在6000 s–1条件下则通过诱发变形孪晶实现加工硬化的存续. 本研究阐明了W元素掺杂的NiCoV中熵合金动态力学行为与变形机制, 为设计具有优异动态力学响应的新型结构材料提供了参考.
