镁合金作为最轻的金属结构材料，在各个领域均具有广泛的应用前景。拉压不对称性（TCA）是其显著的力学特性，全面深入理解这一特性对镁合金的进一步开发和应用具有重要意义。强基面织构与孪生极性被学界普遍认为是镁合金TCA的主因，基于此原理，学界已开发出一系列低/无TCA的高性能镁合金。近年来，随着研究的深入，人们又发现即使在无孪晶、弱织构的某些镁合金中，依然存在显著的TCA，通过进一步的研究表明位错的non-Schmid行为是其诱因。这些进展极大地推进了我们对镁合金TCA的理解。但是，一个有意思的问题是，由这些变形机制所导致的纳米尺度应变分配是否也具有TCA？如果是，那么其应变分配又是什么样的？换句话说，现有的TCA认知体系中缺失了应变分配这一关键内容。
更为重要的是，我们知道，多晶塑性变形本质上是晶内与晶间变形机制协同与竞争的结果。但遗憾的是，目前对TCA的研究大多局限于晶内（滑移/孪生）变形机制，针对晶间变形机制（如晶界滑动，GBS）的TCA研究亟待补充。长期以来，晶间变形的定量表征存在技术挑战，这或许是导致该方面研究被忽视的主要原因。近年来，高分辨数字图像相关（HRDIC）的快速发展使得纳米级全场应变测量成为可能。这些数据可用于提取晶界附近的变形、计算GBS值，并实现应变分配的定量分析，为系统研究晶内/晶间变形机制及其应变分配行为提供了有力工具。
近日，西南交通大学尹冬弟教授、博士生倪然，辽宁材料实验室周浩研究员等，基于自主开发的晶粒变形多模态自动分析框架（AutoGrainDAM），结合HRDIC与EBSD数据融合技术，突破了以往研究多孤立考察单一变形机制的局限，从同时考虑晶内与晶间变形机制和应变分配的新视角重新审视了镁合金的TCA问题。统计及定量分析结果表明，典型变形事件所导致的应变分配、滑移活性与GBS均表现出显著的TCA。该研究首次定量揭示了应变分配和GBS的TCA，强调了将晶内变形、晶间变形与应变分配三者结合，对于全面理解镁合金拉压不对称机制的重要性。相关工作以“Revisiting tension-compression asymmetry in a Mg alloy: insights from statistical strain partitioning and intra-/inter-granular mechanisms at the nanoscale”为题发表在金属材料领域高水平期刊《International Journal of Plasticity》。论文主要合作者还包括密歇根州立大学Carl J. Boehlert教授、重庆大学郑江副教授、上海交通大学王渠东教授等。
论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0749641925002220
图1 有效剪切应变（εeff）分布图：(a1)-(a3) 拉伸；(b1)-(b3) 压缩。该图清楚地展示出压缩变形过程中应变分布更弥散。
图2. 应变场的语义分割示例：(a) 高分辨率数字图像相关（HRDIC）-电子背散射衍射（EBSD）数据融合；(b) 基于计算机视觉与数据聚类方法将每个晶粒分割为晶界附近（GM），晶内（GC），基体（Matrix）以及滑移带（SB，包含SB1，SB2）；(c) 最终语义分割结果。
图3 应变分配的拉压不对称性（TCA）：(a) 滑移带（SB）与晶界附近（GM）在拉伸和压缩状态下εeff的统计分布；(b) εeff的变异系数（CV，标准差/平均值），该系数是变形不均匀性的评价指标。本图展示了应变分配的TCA，即拉伸状态下的应变局域化程度高于压缩状态。并且，与压缩相比，拉伸状态下GM的变形具有更显著的不均匀性。
图4 滑移活性的TCA：(a) 拉伸与压缩状态下各滑移模式占比；(b)-(c) 拉伸与压缩状态下的归一化Schmid因子（mnor）分布。本统计采用基于像素的方法（考虑SB形貌），涉及超过200万个数据点。该图表明压缩状态下角锥面滑移占比（8.2%）显著高于拉伸状态（0.6%）。
图5 晶界滑动（GBS）定量分析示例：(a) IPF-Z图；(b) εeff分布图；(c)-(e) 晶界的局部放大变形场分布图，分别对应εeff、水平位移场（u）和垂直位移场（v）。图中黑线与白线分别表示晶界段及其对应的中垂线；(f) 中垂线上各点的中心化切向位移；(g) 相应的一阶导数曲线；(h) GBS位移分布曲线。
图6 GBS的TCA：(a) GBS位移值分布；(b) 发生GBS的晶界比例。该图表明拉伸的GBS位移值与参与程度均高于压缩。
感谢国家自然科学基金（Nos. 52171125, 52571157）和四川省科技项目（No. 2024NSFSC0193）对本研究的资助。感谢西南交大分析测试中心在电镜测试中提供的帮助。
