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近日，西安交通大學(xué)單智偉教授團(tuán)隊(duì)在針對(duì)鎂的塑性變形行為和內(nèi)在機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，在高應(yīng)力或高應(yīng)變速率下加工，可由高應(yīng)力引發(fā)新的變形機(jī)制，進(jìn)而提高鎂的變形加工能力。

鎂是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，在航空航天、交通運(yùn)輸、電子產(chǎn)品和醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，相比于傳統(tǒng)金屬材料，如鋼鐵和鋁合金，鎂的塑性變形加工較困難，工藝成本高，制約了其廣泛應(yīng)用。

金屬材料在塑性變形時(shí)一般會(huì)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，當(dāng)硬化到一定程度時(shí)，材料將不具備繼續(xù)塑性變形的能力，最終發(fā)生斷裂。對(duì)于鎂而言，其沿晶體學(xué)軸壓縮時(shí)加工硬化十分明顯，塑性變形量一般僅在5%~10%。

近年來，針對(duì)鎂的塑性變形行為和內(nèi)在機(jī)制，西安交通大學(xué)單智偉教授團(tuán)隊(duì)開展了深入研究，發(fā)現(xiàn)亞微米尺寸的鎂單晶，當(dāng)沿軸壓縮時(shí)，首先發(fā)生由錐面位錯(cuò)滑移主導(dǎo)的塑性變形，令人意想不到的是，隨著加工硬化的不斷加劇，原本認(rèn)為塑性已消耗殆盡的樣品并沒有斷裂失效。當(dāng)流變應(yīng)力升高到1GPa水平時(shí)，樣品突然被壓為扁平狀，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(gè)具有共軸取向關(guān)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(cuò)。

通過系統(tǒng)分析并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬，該團(tuán)隊(duì)提出，新晶粒是通過錐面—基面轉(zhuǎn)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，繼續(xù)加載時(shí)，樣品仍可持續(xù)發(fā)生很大的塑性變形。在新形成的晶粒中，可以繼續(xù)發(fā)生由位錯(cuò)和孿生協(xié)調(diào)的塑性變形，猶如“返老還童”，樣品重新具有了塑性變形能力。該研究豐富了對(duì)塑性變形機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為鎂的變形加工提供了新的啟發(fā)：在高應(yīng)力或高應(yīng)變速率下加工，可由高應(yīng)力引發(fā)新的變形機(jī)制，進(jìn)而提高鎂的變形加工能力。