西交大发现金属镁塑性变形新机制

镁是最轻的金属结构材料，相比于传统金属，镁的塑性变形加工难、成本高，制约了其广泛应用。近日，西交大单智伟团队在金属镁塑性变形行为和内在机制领域取得新进展。该成果以Rejuvenation of plasticity via deformation graining in magnesium为题发表在Nature Communications上。

金属材料在塑性变形时一般会发生加工硬化现象，即随着变形量的增加，材料内部缺陷和损伤逐步累积，流变应力不断增加。当硬化到一定程度时，材料将不具备继续塑性变形的能力，最终发生断裂。

西交大团队研究发现，对于亚微米尺寸的镁单晶，当沿轴压缩时，首先发生由锥面位错滑移主导的塑性变形。随着加工硬化的不断加剧，原本认为塑性已消耗殆尽的样品并没有断裂失效。当流变应力升高到1GPa 时，样品被压为扁平状且没有裂纹产生。此外，被压扁的样品已不再是单晶，而是由多个具有共轴取向关系的小晶粒组成，小晶粒内部有大量的基面和非基面位错。

通过系统的晶体学分析、显微学分析、原子尺度表征，并结合分子动力学模拟，该团队提出新晶粒是通过锥面-基面转变形成的。在新晶粒形成后，原本已消耗殆尽的塑性得到了再生。该过程不必依赖扩散，可在室温下快速发生，所形成的新晶粒与基体晶粒具有特定的晶体学取向对应关系。在新形成的晶粒中，可以继续发生由位错和孪生协调的塑性变形，使得样品重新具有了塑性变形能力，在高应力下加工，可由高应力引发新的变形机制，进而提高镁的变形加工能力。左图为晶界的高可动性。