重慶大學信運昌教授課題組Acta Materialia：定量預測鎂合金中取向對Hall-Petch斜率的影響

【引言】

鎂合金由于比重低等特點，在結構材料體系中占有重要的地位。但是鎂合金強度低、塑性差等缺點限制了其廣泛的應用。此外，鎂合金在加工成型過程中往往會形成強基面織構，造成力學性能強烈的各向異性。細晶強化是強化鎂合金的一種重要方法，其強化效果可以通過著名的Hall-Petch關系描述：

σ_y = σ₀ + kd^-1/2?????????????????????????????????????????????(1)

在Hall-Petch關系中，斜率k是一個重要的參數，代表晶界阻礙變形在相鄰晶粒間傳遞的困難程度。先前的研究結果表明，在fcc和bcc晶體結構材料中，織構對k值影響很小。但是，最近大量的研究表明，鎂合金中織構對k值有顯著的影響。先前，研究者認為，織構對k值的影響主要是由于取向的改變影響了主導變形機制。但是，近期研究結果表明，在主導變形機制不變的情況下，織構的分布也會對k值產生重要影響，這表明人們對織構影響k的機制的認識是不全面的。此外，先前研究報道了幾種計算k值的公式，例如：

k=M(απM^*τ_cGb)^?1/2?????????????????????????????????????????(2)

k=M²?τ_c?r^1/2???????????????????????????????????????????????(3)

k=M(ατ_cGb)^?1/2????????????????????????????????????????????(4)

實驗研究結果表明，這些方程能夠很好適用于fcc和bcc晶體結構材料，但是經常在預測鎂合金中k值對取向的依賴性時常常失效。

【成果簡介】

重慶大學信運昌教授課題組在先前研究中提出了分析織構影響k的新參數及其計算方法(Acta Materialia 128 (2017) 313-326)。在此基礎上，該課題組將晶體學取向影響k的作用分為內應力作用和外應力作用（如圖1所示），并將兩種作用在細晶強化的位錯塞積模型中進行準確表達，發展了一個計算k值的新的方程：

k=2σ_dm′^-1r^1/2???????????????????????????????????????????(6)

與已有的方程相比，新提出的方程能夠更為準確的預測已報道的k值對織構的依賴性（如表1所示）。同時，該研究中利用新方程分析了已報道的織構影響k的現象，對其機制獲得了新的認識。研究結果以“Quantitative prediction of texture effect on Hall–Petch slope for magnesium alloys”為題發表在金屬領域國際頂尖期刊《Acta Materialia》上。

【圖文導讀】

圖1.?內應力與外應力對k值影響的示意圖

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a.外應力對k值影響示意圖，其中m₁和m₂表示施密特因子，F是外應力；

b.內應力對k值影響示意圖，其中X₁和X₁是滑移方向。

表1. 不同織構試樣中實驗所得k值比與各方程計算k值比

圖2.?m′值隨相鄰晶粒取向變化圖

a.相鄰晶粒柱面與柱面傳遞時m′隨相鄰晶粒取向變化；

b.相鄰晶粒基面與基面傳遞時m′隨相鄰晶粒取向變化；

c.相鄰晶粒基面與柱面傳遞時m′隨相鄰晶粒取向變化。

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文獻鏈接：

Bo Guan, Yunchang Xin^*, Xiaoxu Huang, Peidong Wu, Qing Liu,?Quantitative prediction of texture effect on Hall–Petch slope for magnesium alloys, Acta Materialia 173 (2019) 142-152.

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.05.016

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