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镁合金作为最轻的金属结构材料，具有低对称的HCP晶体结构，从而表现出与立方金属不同的拉压不对称性，不利于后继的塑性成型，也极大地影响构件设计和实际服役。深入理解进而调控拉压不对称性是突破镁合金应用瓶颈的关键，而对微观变形模式激活规律的厘清更是关键的关键。 学界普遍认为孪生的极性和强织构导致了镁合金的拉压不对称性，这一观点也得到了无数实验和理论上的支持，但是依然存在一些疑问，比如，一些无织构的铸造镁合金也存在显著的拉压不对称性；某些镁合金在特定变形条件下表现出异常的反拉压不对称性（压缩屈服强度>拉伸屈服强度）；添加稀土元素可显著降低拉压不对称性，但对其变形机制的激活却存在争议。 近日，西南交通大学尹冬弟副教授和南京理工大学周浩副教授等通过系统地定量研究稀土Y元素含量对Mg-Y挤压板材室温拉压不对称性及对应各滑移/孪生激活规律的影响，构建了微观变形机制与宏观力学行为之间的关系，发现了反常的反拉压不对称性并揭示了其机制，提出了单独靠弱化织构和抑制孪晶并不足以解释及调控拉压不对称性，必须要同时考虑角锥面<c+a>位错的不对称滑移行为，并从晶粒尺度揭示了<c+a>位错的non-Schmid行为。 此研究打破了学界关于拉压不对称性机制的通常认知，为调控拉压不对称性提供新思路，加深了对低对称HCP结构金属材料的塑性变形行为的理解。相关工作以“Tension-compression asymmetry and the underlying slip/twinning activity in extruded Mg–Y sheets”为题发表在金属材料领域顶刊International Journalof Plasticity。论文主要合作者还包括密歇根州立大学C.J. Boehlert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://www./science/article/pii/S0749641920300589 图表摘要：Y溶质原子对镁合金宏观拉压不对称极微观的位错滑移/孪生机制的影响 通过准原位位错滑移迹线和EBSD分析，系统并定量地研究了挤压Mg-(0~5wt.%)Y板材室温拉压不对称性力学行为及对应的晶粒尺度滑移/孪生的激活规律。研究表明，向纯Mg中添加0.5%Y可以显著降低拉压不对称性，但当Y含量增加到5%的时候，出现了异常的反拉压不对称性（压缩屈服强度>拉伸屈服强度）。随着Y含量增加，对拉伸和压缩来说，非基面滑移的相对活性（最高达31%）提高，孪生的活性显著降低。织构对滑移影响分析表明，Y导致的织构变化对角锥面<c+a>滑移影响不大，但有利于基面<a>滑移，不利于柱面<a>滑移。 对比实验观察到的各滑移活性随Y含量的变化规律可知，Y含量增加可降低CRSSpyramidal <c+a>/CRSSbasal <a>和CRSSpyramidal <c+a>/CRSSprismatic <a>。通过构建宏观不对称性力学行为与微观的滑移/孪生活性可知，显著活跃的角锥面<c+a>滑移和可忽略的孪生是导致Mg-5Y板材反拉压不对称性的原因。对激活的角锥面<c+a>滑移应力分析表明，从统计上其滑移面受拉应力时比受压应力要更容易被激活。 |
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