[发明专利]一种评价含复合点缺陷镍基合金变形能力的方法

说明书

本发明是一种评价含复合点缺陷镍基合金变形能力的方法，这种方法考虑了空位及溶质原子对镍基合金广义层错能的共同影响，充分考虑超晶胞模型的建立，通过广义层错能的计算来评价含复合点缺陷镍基合金的变形能力，该方法包括以下步骤：第一步，确定空位和溶质原子在镍基合金中最稳定的相对位置；第二步，建立用于计算镍基合金广义层错能的超晶胞模型；第三步，计算含空位和溶质原子的镍基合金的广义层错能；第四步，根据广义层错能评价其塑性变形行为。本发明在建立模型时充分考虑了能够影响结构模型的重要参数包括真空层厚度、原子层数和弛豫制度，有效防止了广义层错能计算过程中由于结构模型的不合理而导致的计算结果偏差，同时提高计算效率，减小计算成本。

技术领域

本发明是一种评价含复合点缺陷镍基合金变形能力的方法，这种方法考虑了空位及溶质原子对镍基合金广义层错能的共同影响，充分考虑超晶胞模型的建立，通过广义层错能的计算来评价含复合点缺陷镍基合金的变形能力。

背景技术

镍基高温合金在很大的温度范围内具有良好的抗氧化性、高的热导率、兼具高强度和塑性，是一种非常重要的高温结构材料，广泛应用于航空航天和能源化工，特别是航空发动机燃烧室、涡轮盘和涡轮叶片。目前，镍基高温合金常见的强化方式包括固溶强化、第二相强化、晶界强化和工艺强化，而固溶强化就是其中最主要的强化方式。向镍基高温合金中加入Cr，Co，Mo，W等原子半径较大的固溶元素，通过置换晶格中的Ni原子，使晶格产生畸变，位错运动阻力增加，从而实现镍基合金强度的提高(包括屈服强度和抗拉强度)。此外，固溶强化元素还有一个重要作用就是影响合金的层错能。层错能被定义为层错形成前后单位面积上能量的增量，它是一个材料的本征参数，影响材料的塑性变形行为和力学性能。镍基合金作为一种面心立方的金属，其全位错可分解为两个肖克莱不全位错：(a是体系的晶格常数)，当滑移系在(111)面内开动时，在局部产生面心立方结构向密排六方结构的转变，形成层错。然而，描述这种层错的层错能在实验中难以准确测量，而且难以描述溶质原子等其他因素对层错能的影响。Vitek在层错能的基础上，于1970年代提出广义层错能(GFSE)，它可以用来描述合金塑性变形过程中滑移和孪生的竞争机制。广义层错能被广泛定义为两个相邻原子面在沿特定方向相对滑移一定矢量并产生层错时所导致的体系单位面积能量变化，其曲线存在四个极值点，分别为不稳定层错能、稳定层错能、不稳定孪晶能和外禀层错能(对于面心立方晶体，其值约等于两倍的孪晶能)。其中，不稳定层错能是GSFE曲线中第一个极大值点，它表示产生一个层错的能垒，随着广义层错能不断降低到第一个极小值点，形成层错。不稳定孪晶能是第二个极大值点，它表示产生一个微孪晶的能垒。广义层错能被广泛应用于预测固溶元素的强化效果，解释与位错、塑性变形、晶体生长和相变有关的现象。例如，稳定层错能与不稳定层错能的比值可以用来描述孪晶形成能力。较低的稳定层错能意味着金属或合金具有更大的应力强化系数、更大的孪生能力、更小的孪生应力以及蠕变速率等。在以往镍基合金广义层错能的研究中，大多集中在纯镍或仅含一种固溶元素的镍基合金，而忽略了空位缺陷以及空位与其他固溶元素的复合作用对广义层错能的影响。实际上，在镍基合金的铸造成形过程中，空位缺陷的产生是不可避免的。因此，更进一步研究空位与固溶元素的协同复合作用对镍基合金广义层错能的影响非常必要。而空位缺陷的引入，对广义层错能计算提出了更高的要求，需要在计算精度和计算成本之间做出权衡，从而在有限的成本内得到满足一定精度的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种评价含复合点缺陷镍基合金变形能力的方法。

为解决技术问题而采用的技术方案：

本发明的目的在于提供一种评价含复合点缺陷镍基合金变形能力的方法，将空位和溶质原子作为复合点缺陷，考虑两者的复合作用对广义层错能的影响。该方法具体包括以下步骤：

第一步，确定空位和溶质原子在镍基合金中最稳定的相对位置；

第二步，建立用于计算镍基合金广义层错能的超晶胞模型；