近日，上海交通大學(xué)輕合金精密成型國家工程研究中心董杰教授課題組和德國馬克斯-普朗克鋼鐵所Dierk Raabe教授團(tuán)隊(duì)合作在鎂合金孿生與第二相交互作用機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展，研究成果以“On theinteraction of precipitates and tensile twins in magnesium alloys”為題，發(fā)表在國際金屬材料領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Acta Materialia》上，博士生劉傳來為第一作者，董帥博士和PratheekShanthraj 博士為共同通訊作者。

論文鏈接為：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964541930494X

密排六方晶體結(jié)構(gòu)鎂合金包含基面、柱面、錐面滑移和拉伸、壓縮、二次孿生和去孿等多種變形模式，這些變形模式與晶界、第二相等之間的交互作用復(fù)雜，因此，在介觀尺度上研究清楚這些交互作用機(jī)制對于提升和調(diào)控鎂合金的強(qiáng)韌性能具有重要意義。

本文利用自行開發(fā)的鎂合金多晶體塑性-相場耦合全場模型，系統(tǒng)地可視化地仿真研究了鎂合金中拉伸孿晶與第二相之間的交互作用機(jī)制，定量預(yù)測了非剪切第二相的取向、尺寸、體積分?jǐn)?shù)以及形貌 (縱橫比) 等對孿晶長大臨界剪切應(yīng)力的影響規(guī)律。在介觀尺度上建立了變形模式、微觀組織和宏觀性能之間的關(guān)聯(lián)。

發(fā)現(xiàn)孿晶與第二相的交互作用會(huì)引起局部位錯(cuò)滑移塑性行為，同時(shí)激發(fā)基面、柱面以及錐面位錯(cuò)，但基面滑移塑性區(qū)遠(yuǎn)大于非基面塑性區(qū)。孿晶與第二相的交互作用引起的不均勻應(yīng)力場以及基體內(nèi)大量激活的位錯(cuò)會(huì)增加后續(xù)孿生長大的臨界剪切應(yīng)力。高體積分?jǐn)?shù)、小尺寸、高縱橫比、非剪切片狀等第二相對阻礙孿晶的長大最為有效，并可有效降低拉伸孿晶和非基面位錯(cuò)之間臨界剪切應(yīng)力的比值，從而可提高鎂合金的強(qiáng)度并改善塑性的各向異性。

圖 (a) 鎂合金拉伸孿晶與第二相交互作用過程中孿晶形貌、基面、柱面和錐面位錯(cuò)以及孿晶面上剪切應(yīng)力的分布規(guī)律；(b) 含不同尺寸球形第二相的單晶體的應(yīng)力-應(yīng)變仿真曲線；(c) 第二相尺寸對孿晶長大臨界剪切應(yīng)力、孿晶內(nèi)部基面、柱面以及錐面位錯(cuò)密度以及背應(yīng)力的影響規(guī)律

近年來，在丁文江院士的指導(dǎo)和支持下，董杰教授團(tuán)隊(duì)在鎂合金的塑性變形機(jī)理方面取得了一系列研究成果，已在頂級(jí)材料類學(xué)術(shù)期刊InternationalJournal of Plasticity和ActaMaterialia上發(fā)表了多篇論文。