由於鎂及鎂合金具有低對稱的HCP晶體結構，室溫易啟動的滑移系很有限，變形孿生在其協調塑性變形的過程中起到了非常重要的作用。{10-12}拉伸孿生的臨界分切應力（CRSS）相對較低，易於激活，因而是鎂中最常見的孿生模式。深入理解孿晶尤其是{10-12}拉伸孿晶的激活規律具有非常重要的意義。
鎂及鎂合金在不同變形條件下的孿生行為和孿晶變體選擇目前受到了學界廣泛的關注。普遍認為多晶體中{10-12}拉伸孿晶的激活規律可以較好地用施密特因子（m）來預測，但是也有研究表明，{10-12}拉伸孿晶變體的選擇表現出非施密特行為，激活的孿晶變體不總是具有最高的m值，甚至表現出了相對低的m值。但上述結果是具有強基面織構組織在{10-12}拉伸孿晶軟取向條件下（即沿著擠壓或軋制方向壓縮，此時大多數晶粒的C軸受拉）加載的結果。目前對於不利於{10-12}拉伸孿晶激活的硬取向加載下（即沿著擠壓或軋制方向拉伸，此時大多數晶粒的C軸受壓）的孿生行為的研究仍是十分有限並且具有爭議的。比如，同樣是硬取向加載，Martin等（Acta Mater. 2010）研究表明AM30在ED拉伸變形中激活了預期的{10-11}壓縮孿晶及二次孿晶；但Nave等（Scr. Mater. 2004）則發現純Mg在ND壓縮時，有少量的{10-12}拉伸孿晶產生。
近日，西南交通大學柴豔琴碩士生，尹冬弟副教授等統計研究了強基面織構的純鎂擠壓板材在室溫硬取向加載下的孿生行為，發現所有激活的孿晶均為拉伸孿晶，而不是預期的壓縮孿晶。對常用的幾何參數如施密特因子、Luster–Morris參數（m′）等的分析表明，大量的反常拉伸孿晶被激活（負的m及m′），提出了孿生行為可以與歸一化的施密特因子（mnor）及晶界取向差角較好的聯繫起來，孿生更加依賴於局部條件而非宏觀應力，因而限制了與m及m′的聯繫。
此研究揭示了{10-12}拉伸孿晶在硬取向加載時協調變形的作用，加深了對低對稱HCP結構鎂合金材料的塑性變形行為的理解。相關工作以「Anomalous Tension Twinning Activity in Extruded Mg Sheet During Hard-Orientation Loading at Room Temperature」為題發表在金屬材料領域高水平期刊Metallurgical and Materials Transactions A。論文主要合作者還包括密西根州立大學C.J. Boehlert教授，南京理工大學周浩副教授，重慶大學鄭江教授，上海交通大學王渠東教授。
論文連結：
https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-020-06093-5
圖表摘要：孿晶模式和變體鑑別，以及施密特因子分析、孿晶轉移分析和塑性變形不均勻性分析
通過EBSD孿晶分析，定量研究了具有強基面織構的純鎂擠壓板材在室溫沿擠壓方向拉伸（硬取向）下的孿生行為。所有鑑別出來的孿晶都是反常的{10-12}拉伸孿晶，57%具有負的m值，30%具有負的m′值。作者提出了歸一化的施密特因子（mnor）和Luster–Morris參數（mnor′）來預測反常拉伸孿晶的激活。研究發現有90%以上的孿晶轉移在mnor和mnor′至少有一個接近它們的最大值時發生。晶界取向差角分析表明，孿晶轉移傾向於在取向差角10-30°的晶界處發生。IGM和GND分析表明，變形後在晶粒尺度上發生變形不均勻性。
當前研究表明了常用的施密特因子、Luster–Morris參數在硬取向條件下預測反常拉伸孿生行為的失效，而局部條件起到了重要作用。孿晶更依賴於局部應力協調而非宏觀加載應力。感謝國家自然科學基金和四川省科技計劃項目對本研究的資助。
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。
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