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晶界塑性領域取得新進展。研究成果以“Deformation-induced grain rotation and grain boundary formation achieved through dislocation-disclination reactions in polycrystalline hexagonal close-packed metals”為題，于2023年3月11日在線發表在《Acta Materialia》上。

金屬中常見的塑性變形機制包括位錯塑性、孿晶塑性和相變塑性等，除此之外，晶界塑性（例如晶粒旋轉和晶界滑移）也經常在多晶材料中被觀測到。根據文獻報道，晶界塑性不僅能夠承載塑性應變，還可以協調由于晶體各向異性引起的晶粒間不相容性。特别對于納米晶體變形和高溫超塑性變形，晶界塑性甚至可以成為其主要變形機制。盡管大量的實驗已經證實了晶粒旋轉變形機制的發生，但目前仍然缺少嚴格的數學方法來量化晶粒旋轉和預測變形織構。

圖1：晶界形成的分類情況：（a）傾轉晶界，（b）特殊扭轉晶界，（c）混合晶界和一般扭轉晶界。

為了解決這個問題，本文通過分析位錯、向錯等微觀缺陷的拓撲關系，引入了旋轉因子來判定加載過程中滑移系的開啟和旋轉傾向。晶粒/亞晶粒旋轉和相關晶界結構可以通過Frank-Bilby方程的廣義對偶解來預測。針對HCP鎂合金中多種類型的位錯和向錯，将晶粒旋轉和晶界形成機制進行了系統的分類，并通過背散射電子衍射（EBSD）等先進技術表征驗證。這項工作不僅提出了一種基于位錯和向錯之間拓撲反應來研究晶粒/亞晶粒旋轉的理論方法，還為多晶金屬的塑性/超塑性變形機制研究提供借鑒。

圖2：通過兩組位錯形成小角度晶界：（a）退火樣品IPF圖，（b）變形樣品IPF圖，（c）理論預測的晶界面，（d-f）向錯密度分量測定，（g-i）幾何必需位錯密度分量測定。

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.2023.118855