西南交大《MMTA》:拉伸纯镁中发现大量反常孪晶!

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由于镁及镁合金具有低对称的HCP晶体结构,室温易启动的滑移系很有限,变形孪生在其协调塑性变形的过程中起到了非常重要的作用。{10-12}拉伸孪生的临界分切应力(CRSS)相对较低,易于激活,因而是镁中最常见的孪生模式。深入理解孪晶尤其是{10-12}拉伸孪晶的激活规律具有非常重要的意义。


镁及镁合金在不同变形条件下的孪生行为和孪晶变体选择目前受到了学界广泛的关注。普遍认为多晶体中{10-12}拉伸孪晶的激活规律可以较好地用施密特因子(m)来预测,但是也有研究表明,{10-12}拉伸孪晶变体的选择表现出非施密特行为,激活的孪晶变体不总是具有最高的m值,甚至表现出了相对低的m值。但上述结果是具有强基面织构组织在{10-12}拉伸孪晶软取向条件下(即沿着挤压或轧制方向压缩,此时大多数晶粒的C轴受拉)加载的结果。目前对于不利于{10-12}拉伸孪晶激活的硬取向加载下(即沿着挤压或轧制方向拉伸,此时大多数晶粒的C轴受压)的孪生行为的研究仍是十分有限并且具有争议的。比如,同样是硬取向加载,Martin等(Acta Mater. 2010)研究表明AM30在ED拉伸变形中激活了预期的{10-11}压缩孪晶及二次孪晶;但Nave等(Scr. Mater. 2004)则发现纯Mg在ND压缩时,有少量的{10-12}拉伸孪晶产生。


近日,西南交通大学柴艳琴硕士生,尹冬弟副教授等统计研究了强基面织构的纯镁挤压板材在室温硬取向加载下的孪生行为,发现所有激活的孪晶均为拉伸孪晶,而不是预期的压缩孪晶。对常用的几何参数如施密特因子、Luster–Morris参数(m′)等的分析表明,大量的反常拉伸孪晶被激活(负的m及m′),提出了孪生行为可以与归一化的施密特因子(mnor)及晶界取向差角较好的联系起来,孪生更加依赖于局部条件而非宏观应力,因而限制了与m及m′的联系。 


此研究揭示了{10-12}拉伸孪晶在硬取向加载时协调变形的作用,加深了对低对称HCP结构镁合金材料的塑性变形行为的理解。相关工作以“Anomalous Tension Twinning Activity in Extruded Mg Sheet During Hard-Orientation Loading at Room Temperature”为题发表在金属材料领域高水平期刊Metallurgical and Materials Transactions A。论文主要合作者还包括密歇根州立大学C.J. Boehlert教授,南京理工大学周浩副教授,重庆大学郑江教授,上海交通大学王渠东教授。


论文链接:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-020-06093-5


图表摘要:孪晶模式和变体鉴别,以及施密特因子分析、孪晶转移分析和塑性变形不均匀性分析


通过EBSD孪晶分析,定量研究了具有强基面织构的纯镁挤压板材在室温沿挤压方向拉伸(硬取向)下的孪生行为。所有鉴别出来的孪晶都是反常的{10-12}拉伸孪晶,57%具有负的m值,30%具有负的m′值。作者提出了归一化的施密特因子(mnor)和Luster–Morris参数(mnor′)来预测反常拉伸孪晶的激活。研究发现有90%以上的孪晶转移在mnor和mnor′至少有一个接近它们的最大值时发生。晶界取向差角分析表明,孪晶转移倾向于在取向差角10-30°的晶界处发生。IGM和GND分析表明,变形后在晶粒尺度上发生变形不均匀性。


当前研究表明了常用的施密特因子、Luster–Morris参数在硬取向条件下预测反常拉伸孪生行为的失效,而局部条件起到了重要作用。孪晶更依赖于局部应力协调而非宏观加载应力。感谢国家自然科学基金和四川省科技计划项目对本研究的资助。

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本文作者2021-1-15 11:28
镁途
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