滑移系临界启动应力及泰勒硬化常数的同步辐射测量

王乐耘

上海交通大学

详细摘要：金属的形变主要通过位错滑移来实现。模拟金属形变过程的晶体塑性模型通常需要设定每种滑移系的临界启动应力(CRSS)。此外，对于以位错密度作为本构方程的晶体塑性模型，还需要设定流变应力随位错密度平方根的增长速率（泰勒硬化常数）。传统的实验手段很难精确测量这两个参数。在本工作中，我们采用了原位同步辐射三维X射线衍射技术（in situ 3DXRD）对六方晶体结构的纯钛进行上述参数测量。3DXRD采用高能硬X射线对多晶材料采集沿不同方向的衍射信号，获得样品内部晶粒的晶体取向、空间位置、晶内局部应力张量等信息。我们对样品作原位拉伸实验，根据晶粒的晶体取向旋转判定滑移系的启动。进一步根据应力张量在滑移系上的投影，可计算滑移系的CRSS。通过对约1000个晶粒的逐一分析，测得了纯钛中最容易开启的柱面滑移的CRSS为96 MPa，其次容易开启的基面滑移的CRSS为127 MPa。通过对每个晶粒对应的所有衍射斑点的周向半高宽的测量，我们估计了这些晶粒中的位错密度随宏观拉伸的演化。结果表明，经典的泰勒公式(Taylor equation)对于描述大部分晶粒的硬化过程是适用的。我们测量了每个晶粒的泰勒硬化常数，并讨论了泰勒硬化常数受晶粒特性（晶体取向、晶粒尺寸、相邻晶粒）的影响。

参考文献：

[1] L. Wang, et al., Acta Materialia, 132 (2017) 598-610；

[2] L. Wang, et al., Scripta Materialia, 195 (2021) 113743