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鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有低對(duì)稱的HCP晶體結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出與立方金屬不同的拉壓不對(duì)稱性，不利于后繼的塑性成型，也極大地影響構(gòu)件設(shè)計(jì)和實(shí)際服役。深入理解進(jìn)而調(diào)控拉壓不對(duì)稱性是突破鎂合金應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵，而對(duì)微觀變形模式激活規(guī)律的厘清更是關(guān)鍵的關(guān)鍵。

學(xué)界普遍認(rèn)為孿生的極性和強(qiáng)織構(gòu)導(dǎo)致了鎂合金的拉壓不對(duì)稱性，這一觀點(diǎn)也得到了無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)和理論上的支持，但是依然存在一些疑問，比如，一些無(wú)織構(gòu)的鑄造鎂合金也存在顯著的拉壓不對(duì)稱性；某些鎂合金在特定變形條件下表現(xiàn)出異常的反拉壓不對(duì)稱性（壓縮屈服強(qiáng)度>拉伸屈服強(qiáng)度）；添加稀土元素可顯著降低拉壓不對(duì)稱性，但對(duì)其變形機(jī)制的激活卻存在爭(zhēng)議。

近日，西南交通大學(xué)尹冬弟副教授和南京理工大學(xué)周浩副教授等通過系統(tǒng)地定量研究稀土Y元素含量對(duì)Mg-Y擠壓板材室溫拉壓不對(duì)稱性及對(duì)應(yīng)各滑移/孿生激活規(guī)律的影響，構(gòu)建了微觀變形機(jī)制與宏觀力學(xué)行為之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了反常的反拉壓不對(duì)稱性并揭示了其機(jī)制，提出了單獨(dú)靠弱化織構(gòu)和抑制孿晶并不足以解釋及調(diào)控拉壓不對(duì)稱性，必須要同時(shí)考慮角錐面<c+a>位錯(cuò)的不對(duì)稱滑移行為，并從晶粒尺度揭示了<c+a>位錯(cuò)的non-Schmid行為。

此研究打破了學(xué)界關(guān)于拉壓不對(duì)稱性機(jī)制的通常認(rèn)知，為調(diào)控拉壓不對(duì)稱性提供新思路，加深了對(duì)低對(duì)稱HCP結(jié)構(gòu)金屬材料的塑性變形行為的理解。相關(guān)工作以“Tension-compression asymmetry and the underlying slip/twinning activity in extruded Mg–Y sheets”為題發(fā)表在金屬材料領(lǐng)域頂刊International Journalof Plasticity。論文主要合作者還包括密歇根州立大學(xué)C.J. Boehlert教授，重慶大學(xué)鄭江教授，上海交通大學(xué)王渠東教授。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641920300589

圖表摘要：Y溶質(zhì)原子對(duì)鎂合金宏觀拉壓不對(duì)稱極微觀的位錯(cuò)滑移/孿生機(jī)制的影響

通過準(zhǔn)原位位錯(cuò)滑移跡線和EBSD分析，系統(tǒng)并定量地研究了擠壓Mg-(0~5wt.%)Y板材室溫拉壓不對(duì)稱性力學(xué)行為及對(duì)應(yīng)的晶粒尺度滑移/孿生的激活規(guī)律。研究表明，向純Mg中添加0.5%Y可以顯著降低拉壓不對(duì)稱性，但當(dāng)Y含量增加到5%的時(shí)候，出現(xiàn)了異常的反拉壓不對(duì)稱性（壓縮屈服強(qiáng)度>拉伸屈服強(qiáng)度）。隨著Y含量增加，對(duì)拉伸和壓縮來(lái)說，非基面滑移的相對(duì)活性（最高達(dá)31%）提高，孿生的活性顯著降低。織構(gòu)對(duì)滑移影響分析表明，Y導(dǎo)致的織構(gòu)變化對(duì)角錐面<c+a>滑移影響不大，但有利于基面<a>滑移，不利于柱面<a>滑移。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)觀察到的各滑移活性隨Y含量的變化規(guī)律可知，Y含量增加可降低CRSSpyramidal <c+a>/CRSSbasal <a>和CRSSpyramidal <c+a>/CRSSprismatic <a>。通過構(gòu)建宏觀不對(duì)稱性力學(xué)行為與微觀的滑移/孿生活性可知，顯著活躍的角錐面<c+a>滑移和可忽略的孿生是導(dǎo)致Mg-5Y板材反拉壓不對(duì)稱性的原因。對(duì)激活的角錐面<c+a>滑移應(yīng)力分析表明，從統(tǒng)計(jì)上其滑移面受拉應(yīng)力時(shí)比受壓應(yīng)力要更容易被激活。

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