鎂是最輕的金屬結構材料，相比于傳統(tǒng)金屬，鎂的塑性變形加工難、成本高，制約了其廣泛應用。近日，西交大單智偉團隊在金屬鎂塑性變形行為和內(nèi)在機制領域取得新進展。該成果以Rejuvenation of plasticity via deformation graining in magnesium為題發(fā)表在Nature Communications上。

金屬材料在塑性變形時一般會發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，即隨著變形量的增加，材料內(nèi)部缺陷和損傷逐步累積，流變應力不斷增加。當硬化到一定程度時，材料將不具備繼續(xù)塑性變形的能力，最終發(fā)生斷裂。

西交大團隊研究發(fā)現(xiàn)，對于亞微米尺寸的鎂單晶，當沿軸壓縮時，首先發(fā)生由錐面位錯滑移主導的塑性變形。隨著加工硬化的不斷加劇，原本認為塑性已消耗殆盡的樣品并沒有斷裂失效。當流變應力升高到1GPa 時，樣品被壓為扁平狀且沒有裂紋產(chǎn)生。此外，被壓扁的樣品已不再是單晶，而是由多個具有共軸取向關系的小晶粒組成，小晶粒內(nèi)部有大量的基面和非基面位錯。

通過系統(tǒng)的晶體學分析、顯微學分析、原子尺度表征，并結合分子動力學模擬，該團隊提出新晶粒是通過錐面-基面轉變形成的。在新晶粒形成后，原本已消耗殆盡的塑性得到了再生。該過程不必依賴擴散，可在室溫下快速發(fā)生，所形成的新晶粒與基體晶粒具有特定的晶體學取向對應關系。在新形成的晶粒中，可以繼續(xù)發(fā)生由位錯和孿生協(xié)調的塑性變形，使得樣品重新具有了塑性變形能力，在高應力下加工，可由高應力引發(fā)新的變形機制，進而提高鎂的變形加工能力。左圖為晶界的高可動性。