近日，伟德bv1946官网高一鵬教授、查敏教授、王慧遠教授團隊在金屬變形和向錯理論方向取得新進展。研究成果以“A Lie-algebra-based description of disclination densities and the quantification of partial disclinations in deformed polycrystalline metals”為題，于2023年7月21日在線發表在《Acta Materialia》上。

晶體缺陷（如位錯、向錯和晶界等）是影響金屬材料力學性能的重要因素。根據物理學中的拓撲缺陷理論，位錯和向錯是晶體材料中最基本的兩類拓撲缺陷，分别對應于平移對稱性和旋轉對稱性的破缺。盡管位錯概念及其相關理論已廣泛應用于金屬材料的研究，但關于向錯對金屬材料變形過程及力學性能的影響鮮有系統的研究，主要原因在于目前還缺乏對向錯旋轉本質的嚴格數學表達。

圖1：(a-d) 晶粒取向圖（IPF圖），(e-h) 向錯密度總量（以rad/μm²）為單位）圖，(i-l) 幾何必需位錯密度總量（以rad/μm為單位）圖，分别對應(a, e, i) 退火樣品，(b, f, j) 0.008應變樣品，(c, g, k) 0.04應變樣品和(d, h, l) 0.08應變樣品。在IPF圖中，2°到15°之間的晶界以灰色繪制，大于15°的晶界以黑色繪制。

為了解決這一問題，本文提出了一種基于李代數的方法來定量描述向錯旋轉特征矢量，從而可以直接從電子背散射衍射（EBSD）數據中确定向錯密度分布。通過準原位電子背散射衍射表征，本文提出了多晶鎂合金變形過程中三種主要的向錯形成機制，即位錯-晶界相互作用、位錯重排和孿晶反應，在統一的數學框架下都可視為不同類型缺陷之間的拓撲反應。本工作不僅提供了一種新的數學工具來研究多種晶體缺陷之間的相互作用和反應，而且為揭示晶體缺陷對金屬力學性能的影響提供了新的視角。

圖2： 由晶内位錯重新排列形成的不全向錯：(a, d) 退火樣品和0.04應變樣品的晶粒取向圖（IPF圖），(b, e) 相應的向錯密度總量（以rad/μm²為單位）圖，(c, f) 相應的位錯密度總量（以rad/μm為單位）圖。在IPF圖中，2°到15°之間的晶界以灰色繪制，大于15°的晶界以黑色繪制。(g-i) 0.04應變樣品的向錯密度分量θ₁₃、θ₂₃和θ₃₃（以rad/μm²為單位）圖，(j-n) 0.04應變樣品的位錯密度分量α₁₂、α₂₁、α₁₃、α₂₃和α₃₃（以rad/μm為單位）圖。

材料加工工程專業博士研究生杜春風為本文的第一作者。通訊作者為伟德bv1946官网高一鵬教授、王慧遠教授，該工作得到了國家自然科學基金面上項目和重點項目的資助。

論文全文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119176