導(dǎo)讀：本文采用EBSD，中子衍射和Hopkinson拉桿實(shí)驗(yàn)，首次定量研究了ATZ311鎂合金在不同應(yīng)變速率下孿晶密度和位錯(cuò)密度的變化。為分析應(yīng)變速率對(duì)鎂合金微觀結(jié)構(gòu)的影響方面起到了指導(dǎo)作用，為后續(xù)分析合金不同應(yīng)變速率下的微觀變化提供了研究方法。

滑移和孿晶是鎂及其合金中兩種主要的塑性變形機(jī)制。鎂及其合金的滑移主要發(fā)生在<110>（<a>）方向基面和{100}棱柱面。在準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變率下，其變形機(jī)理與同類(lèi)材料不同。考慮到鎂合金作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在金屬成形過(guò)程和汽車(chē)工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，研究其微觀結(jié)構(gòu)隨應(yīng)變率的變化及其對(duì)宏觀行為的影響是很有意義的。到目前為止，許多研究都集中在鎂合金在不同加載速率下的組織演變和力學(xué)性能方面。對(duì)鎂合金中位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)隨應(yīng)變速率的變化鮮有報(bào)道，還沒(méi)有應(yīng)變速率對(duì)鎂合金位錯(cuò)和孿晶影響的定量研究。

香港大學(xué)黃明欣團(tuán)隊(duì)首次對(duì)不同應(yīng)變速率下ATZ311鎂合金的位錯(cuò)和變形孿晶的演化進(jìn)行了定量研究。拉伸試驗(yàn)應(yīng)變速率從0.001至600s-1，揭示了不同應(yīng)變速率對(duì)孿晶密度和位錯(cuò)密度的影響。相關(guān)論文以題為“Evolution of dislocation and twin densities in a Mg alloy at quasi-static and high strain rates”發(fā)表在Acta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.082

本研究使用成分為Mg-2.64Al-0.72Sn-0.64Zn-0.46Mn-0.01Y（wt.%）的鎂合金ATZ311，拉伸試樣為薄板。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，材料以不同應(yīng)變速率獲得相同的變形量。研究發(fā)現(xiàn)，隨著應(yīng)變速率的提高，孿晶密度在應(yīng)變速率為1 s-1時(shí)激增并達(dá)到飽和水平，而且這種變化趨勢(shì)在不同取向的晶粒中表現(xiàn)一致。相比之下，位錯(cuò)密度則在應(yīng)變速率為600 s-1時(shí)才有顯著的提高。

值得注意的是，在應(yīng)變速率為1 s-1和600 s-1時(shí)，材料的孿晶密度十分接近，而加工硬化行為卻大相徑庭。這一結(jié)果表明在本材料中，僅與孿晶相關(guān)的硬化機(jī)制（例如動(dòng)態(tài)Hall-Petch效應(yīng)、Basinski機(jī)制以及孿晶間相互作用）發(fā)揮作用較小。研究人員通過(guò)計(jì)算不同柏氏矢量的位錯(cuò)密度發(fā)現(xiàn)，600 s-1下的高流變應(yīng)力可以克服低Schmid因子或者高CRSS值（滑移體系激活的臨界分切應(yīng)力），使得沿<a>方向滑移的位錯(cuò)密度達(dá)到峰值。高密度的位錯(cuò)通過(guò)滑移-孿晶相互作用誘發(fā)硬化效應(yīng)，導(dǎo)致加工硬化速率突變。（文：破風(fēng)）

圖1 EBSD逆極點(diǎn)圖（IPF）和極點(diǎn)圖顯示了樣品的初始微觀結(jié)構(gòu)

圖2 （a） 0.001s-1-600s-1不同應(yīng)變速率下的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)；（b）真應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)；（c）應(yīng)變率為0.001s-1、1s-1和600s-1時(shí)對(duì)應(yīng)的加工硬化率曲線(xiàn)；（d） 600s-1拉伸試驗(yàn)的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。

圖3 試樣變形前和應(yīng)變速率為0.001 s-1時(shí)拉伸至0.02應(yīng)變和0.05時(shí)的準(zhǔn)原位EBSD IPF圖

圖4 在應(yīng)變速率為（a,c） 1s-1和（b,d）600s-1的情況下，拉伸至0.02應(yīng)變時(shí)的EBSD IPF圖

圖5 在不同應(yīng)變速率情況下（a） 總位錯(cuò)密度和（b） 維氏硬度隨應(yīng)變量的演變。