中文摘要：

高温合金单晶具有独特的两相微结构，其优良的高温蠕变性能源于增强相对基体相内位错运动的约束。拟通过宏细观实测、多尺度计算和理论分析，从微-细-宏观层面，研究不同温度和应力下，两相微结构及其演化对位错的约束机理，以及宏-细-微观蠕变行为的内在关联。首先，通过细观观测，获取两相微结构中位错受约束的物理机制、位错花样（结构、分布）及其演化与蠕变变形间的关联信息；其次，通过微观相场模拟，研究两相晶格常数和弹性常数等差异、以及基体位错等对增强相筏化过程的影响；通过对两相界面上位错反应及位错穿越等过程的原子尺度模拟，提炼简化模型并融入三维离散位错模拟框架；基于两相微结构胞元模型，通过三维离散位错模拟，研究不同形貌两相微结构中位错密度与蠕变阻力间的关系；最后，以位错密度为桥梁，以晶体变形理论为基础，对两相微结构内位错约束及增强行为等进行均匀化，发展晶体高温蠕变本构关系。为热端部件的抗蠕变设计提供理论支撑。

结论摘要：

本项目通过多尺度计算和理论分析，从原子、位错和连续介质三个不同尺度系统地研究了镍基高温合金单晶中 两相微结构内变形的位错动力学机制；针对镍基单晶高温合金特有的两相微结构及变形的位错动力学机理，发展了新的2D、3D考虑位错滑移和攀移的离散位错动力学算法，开发了新的2D、3D离散位错（DDD）-有限元（FEM）耦合多尺度计算程序；利用该程序，深入、系统地探讨了镍基高温合金“ 两相微结构”尺度下的高温塑性变形及其内在的位错动力学机理；在此基础上，基于镍基单晶高温合金独特的“ 两相微结构”代表性体胞模型，发展了基于位错动力学机制的晶体塑性-蠕变本构模型及其有限元算法，建立了镍基单晶高温合金高温力学行为及其变形机理的多尺度关联。本项目的创新性研究成果主要包括？ 通过原子尺度的模拟，展示了基体位错与 两相界面不匹配位错网之间的相互作用过程及其机理，揭示了基体位错穿越 / 相界面、超位错在 相内运动和演化的机理和规律；？基于基体通道（ 相）内位错的分解机制，通过背力模型（Back force），发展了考虑位错分解的三维离散位错动力学算法和程序，在此基础上，深入研究了镍基高温合金高温塑性变形增强的内在位错动力学机理；？针对镍基单晶高温合金两相微结构尺度下“基体位错穿越 / 相界面及切割 颗粒相”、“位错在 相中K-W锁的形成和解锁”、“基体位错通过攀移切割 相”等三种主要变形机理，发展了模拟基体位错与 颗粒之间相互作用的三维离散位错动力学算法和程序，在此基础上，系统深入研究了镍基高温合金高温塑性变形的内在位错动力学机理；？借鉴“复合材料代表性胞元”分析的基本思想，通过融入三维离散位错动力学信息，对“两相微结构”尺度下的塑性变形行为进行“均匀化”，建立了基于“ / 两相微结构”位错变形机理的晶体塑性-蠕变本构模型，在ABAQUS有限元平台下发展了相应有限元算法和程序模块，模拟了镍基单晶高温合金在高温下的塑性及蠕变变形行为。？通过利用本项目开发的考虑高温位错攀移和滑移耦合的DDD-FEM程序，分别研究了镍基多晶高温合金裂尖疲劳行为蠕变棘轮行为、多晶材料力学行为的微尺度效应及其对Hall-Petch关系的影响，推广和扩展了本项目的研究成果。在项目执行期间，在国际SCI期刊发表论文4篇；参加学术会议15人次。培养了30岁以下的青年教师2名；培养博士生4名，其中1名毕业， 3名在读。