多主元合金（MPEAS）由于其优异的力学性能，一直是国内外研究的热点。CrMnFeCoNi合金（Cantor合金）作为MPEAs的开创性基准，经过相关实验，被验证了其优异的抗损伤性能。Cantor合金的抗断裂和抗疲劳性能的提高可归因于一系列特定的变形机制所导致的塑性延长，包括位错滑移、变形孪晶和马氏体相从面心立方（FCC）转变为六方紧密堆积（HCP）。这些机制具有强烈的温度依赖性，然而目前还没有晶粒尺度的机制模型来解释Cantor合金的具有温度依赖性的多机制变形。基于上述问题，新加坡科学技术研究局高性能计算研究所的Yilun Xu等人开发了一个温度依赖的多机制晶体塑性（CP）模型，旨在揭示Cantor合金类多主元素合金（MPEA）在单轴拉伸和循环加载条件下的变形和抗破坏能力。在统一的应力驱动、热激活规律下，考虑了位错滑移、孪生和相变三种变形机制。此外，通过考虑单个晶粒内材料性能的不均匀分布，引入了短有序（SRO）效应。![]()
图1 三种温度下立方RVE内 (a)位错密度，(b)变形孪晶体积分数和 (c)相变体积分数受单轴拉伸加载率影响的整体演化。三种温度下都观测到了位错滑移，且由于热激活效应，位错密度随温度升高而增加。当应变水平为2%时，在77 K和20 K时可以观测到孪生变形，马氏体相变仅在20k时发生，并且相变的数量相当有限。
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图2 室温下SRO对单晶（（001）相对于加载方向）响应的影响。(a)考虑和不考虑SRO效应时单晶的应力应变响应。(b)考虑SRO效应和不考虑SRO效应时单晶的塑性应变。
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图3 在室温（293 K）下，准三维RVE前5次循环的塑性应变、应力和存储能量密度（SED）的循环演化。此处循环中，孪晶和相变的体积分数保持为零。
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图4 在77 K条件下，准三维RVE前5次循环中塑性应变、应力、SED和变形孪晶体积分数的循环演化。此处循环中，马氏体相变的体积分数保持为零。
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图5 在20 K条件下，准三维RVE前5次循环中塑性应变、应力、SED的循环演化以及变形孪晶和马氏体相变的体积分数。预测变形孪晶的体积分数显著，马氏体相变的体积分数显著。
相关成果以“Temperature-dependent, multi-mechanism crystal
plasticity reveals the deformation and failure behaviour of multi-principal
element alloys”为题发表在Journal of the Mechanics and Physics of Solids（Volume 185, 2024）上，论文第一作者为Yilun Xu，通讯作者为Yilun Xu，Xiaochong Lu和Yong-Wei Zhang。论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2024.105549
