原子尺度解析孪晶相互作用诱导的微结构演变及应力松弛机制

东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室近期在金属材料领域期刊《Acta Materialia》上发表题为“Atomic-scale understanding of twin intersection rotation and ε-martensite transformation in a high Mn twinning-induced plasticity steel”的研究成果，论文第一作者和共同通讯作者为实验室陈俊副教授。在一定的层错能范围内，形变孪生在面心立方结构金属和合金中是常见的。基于实验观察和模拟，研究者对位错-孪晶和孪晶-孪晶间的相互作用进行了大量深入系统的研究，并观察到孪晶-孪晶相互用作诱导的微结构转变，如二次孪晶、层错、固态非晶化和α'-马氏体相变等，其可有效松弛局部应力集中和容纳应变，进而显著影响材料的宏观力学性能。事实上，研究者在孪晶-孪晶相互用作诱导的微结构转变方面已开展了深入系统的研究，并聚焦于位错反应，阐明了微结构转变机制。在动载荷冲击变形条件下，本文在原子尺度系统研究了孪晶-孪晶相互作用诱导的局部晶体转动和ε-马氏体相变，发现孪晶交截区域依然是面心立方结构，但相对于先形成的孪晶存在~0-15 o的取向差，取向差取决于局部应力集中。另外，我们发现孪晶交截区域相邻处存在ε-马氏体，且其可沿着T1或T2两个方向长大并呈楔形。基于孪晶交截区域原子尺度微结构特征，并结合位错反应能量计算，我们认为孪晶相互作用中应力的传递主要是通过全位错的滑移。基于ε-马氏体与基体和孪晶间的取向关系，我们讨论了可能的ε-马氏体相变机制。在原子尺度对孪晶相互作用区域进行详细微结构表征的基础上，本研究讨论了孪晶相互作用的基本位错机制，确定了一种在孪晶交截区域发生的新的应力松弛机制。该研究促进了对孪晶交叉旋转和孪晶相互作用下ε-马氏体相变的认识，提供了孪晶-孪晶相互作用诱导的微结构演变对宏观力学性能影响的实验证据。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.119832图1 孪晶相互作用区域典型形貌。（a）和（b）同一区域不同成像条件下的明场像；（c）T2孪晶相对较厚条件下的孪晶相互作用区域明场像；（d）孪晶相互作用区域存在楔形微结构的明场像图2 孪生次序的准原位分析。（a）和（b）不同变形量下的OM形貌；（c）和（d）与（a）和（b）相对应的示意图；（e）SEM形貌；（f）图（e）中白色方框区域的EBSD分析图3 孪晶-孪晶相互作用诱导的局部晶体转动图4 孪晶-孪晶相互作用区域的ε–马氏体相变