重庆大学信运昌教授课题组Acta Materialia：定量预测镁合金中取向对Hall-Petch斜率的影响

【引言】

镁合金由于比重低等特点，在结构材料体系中占有重要的地位。但是镁合金强度低、塑性差等缺点限制了其广泛的应用。此外，镁合金在加工成型过程中往往会形成强基面织构，造成力学性能强烈的各向异性。细晶强化是强化镁合金的一种重要方法，其强化效果可以通过著名的Hall-Petch关系描述：

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

在Hall-Petch关系中，斜率k是一个重要的参数，代表晶界阻碍变形在相邻晶粒间传递的困难程度。先前的研究结果表明，在fcc和bcc晶体结构材料中，织构对k值影响很小。但是，最近大量的研究表明，镁合金中织构对k值有显著的影响。先前，研究者认为，织构对k值的影响主要是由于取向的改变影响了主导变形机制。但是，近期研究结果表明，在主导变形机制不变的情况下，织构的分布也会对k值产生重要影响，这表明人们对织构影响k的机制的认识是不全面的。此外，先前研究报道了几种计算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)

实验研究结果表明，这些方程能够很好适用于fcc和bcc晶体结构材料，但是经常在预测镁合金中k值对取向的依赖性时常常失效。

【成果简介】

重庆大学信运昌教授课题组在先前研究中提出了分析织构影响k的新参数及其计算方法(Acta Materialia 128 (2017) 313-326)。在此基础上，该课题组将晶体学取向影响k的作用分为内应力作用和外应力作用（如图1所示），并将两种作用在细晶强化的位错塞积模型中进行准确表达，发展了一个计算k值的新的方程：

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

与已有的方程相比，新提出的方程能够更为准确的预测已报道的k值对织构的依赖性（如表1所示）。同时，该研究中利用新方程分析了已报道的织构影响k的现象，对其机制获得了新的认识。研究结果以“Quantitative prediction of texture effect on Hall–Petch slope for magnesium alloys”为题发表在金属领域国际顶尖期刊《Acta Materialia》上。

【图文导读】

图1. 内应力与外应力对k值影响的示意图

a.外应力对k值影响示意图，其中m₁和m₂表示施密特因子，F是外应力；

b.内应力对k值影响示意图，其中X₁和X₁是滑移方向。

表1. 不同织构试样中实验所得k值比与各方程计算k值比

图2. m′值随相邻晶粒取向变化图

a.相邻晶粒柱面与柱面传递时m′随相邻晶粒取向变化；

b.相邻晶粒基面与基面传递时m′随相邻晶粒取向变化；

c.相邻晶粒基面与柱面传递时m′随相邻晶粒取向变化。

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文献链接：

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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