Effect of slip transmission at grain boundaries in Al bicrystals
采用速率相关的位错晶体塑性模型，研究了滑移转移对铝双晶变形机制的影响。通过修改Kocks-Mecking定律中晶界附近的位错积累速率，将三种不同类型的晶界（GB）包括在模型中，从而导致完全不透明（位错阻挡）、完全透明和部分透明的GB。在后者中，滑动传输仅允许在相邻晶粒中的SS对中，所述相邻晶粒根据Luster-Morris参数适当地定向用于滑动传输。GB字符的修改导致在GB的变形机制的重要变化。在一般情况下，双晶体与完全不透明的边界显示出增加的位错密度附近的GB，这是与增加的Von Mises应力。相比之下，位错堆积和应力集中的情况下，部分透明的边界，在一个晶粒中的滑移可以进展到下一个晶粒具有一定程度的连续性不太明显。对于完全透明的边界，在这些边界处没有发现应力集中，并且在边界处存在连续的应变，这在大多数实验观察到的GB中不是典型的。模拟理想的双晶体取向的最高度有利的滑移系统上的滑移转移与高施密德因素的滑移转移的晶粒取决于在附近的操作中的活动SS的数量，大多数边界将导致几乎不透明的条件，而一些边界将是透明的。最后，该模型被应用到一个特定的实验观察到的GB中，滑移转移是明确的操作表明，该模型预测一个几乎透明的GB。
2019-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Influence of grain size and grain boundary misorientation on the fatigue crack initiation mechanisms of textured AZ31 Mg alloy
研究了织构AZ 31 B-O镁合金沿轧制方向进行完全反向应变控制循环变形50次（约为疲劳寿命的33%）后的变形和裂纹萌生机制。在2100个晶粒中，有538个晶粒出现明显的变形带，对应于锥体滑移或拉伸孪晶。滑移痕迹分析表明，72.3%为锥体滑移带，18.4%为孪晶界。在9.1%的变形带晶粒中，同时存在锥滑移和孪晶。50次循环后，裂纹普遍存在。在约15%的小晶粒（< 20 $μ$ m）中发现晶界裂纹，并且它们主要与高角度晶界（>40度）相关联。在大晶粒（>45 $μ$ m）中，平行于锥体滑移带或孪晶界的穿晶裂纹也会产生裂纹。这些大晶粒中的大多数（>60%）在50次循环后呈现穿晶裂纹。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Identification of active slip systems in polycrystals by Slip Trace -- Modified Lattice Rotation Analysis (ST-MLRA)
一个简单而通用的策略，命名为滑移线-修正晶格旋转分析（ST-MLRA），提出了使多晶合金的表面信息的活动滑移系统的识别。滑移面迹线取向被用来定义潜在的活动滑移面，而活动滑移面内的实际滑移方向是从晶粒旋转获得的，如由作为变形结果的极图中的晶粒取向的迹线的拉伸所指示的。该策略在HCP镁合金中的应用实例用于说明。他们表明，该策略是简单的实施，并允许识别每个晶粒中的主动滑移系统。
2022-03-03 cond-mat.mtrl-sci
On the configurational force associated with blocked slip bands at grain boundaries in α-Ti
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；University of Oxford（牛津大学）
研究通过配置力框架量化被阻 slip 带的局部能量驱动力，揭示晶界几何结构对邻近晶粒变形方向的影响，提供评估被阻 slip 严重程度的物理基础。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci
The role of slip transfer at grain boundaries in the propagation of microstructurally short fatigue cracks in Ni-based superalloys
利用同步辐射辅助衍射和相衬层析技术研究了一种多晶镍基高温合金在高周疲劳条件下的裂纹萌生和扩展过程。裂纹沿最长的相干孪晶界成核预先存在于试样表面上，这是很好地定向滑移，并提出了一个大的弹性不相容性跨越它们。此外，微观结构短裂纹的传播被发现是由预先存在的晶界上的容易的滑移传递路径。这些信息只能通过表征技术获得，如这里介绍的那些，提供了完整的3D显微结构信息。
2018-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Critical assessment of hydrogen effects on the slip transmission across grain boundaries in α-Fe
晶界通过阻碍位错运动而在晶体结构的强化机制中起着重要作用。然而，腐蚀性环境（如氢）的存在增加了沿晶断裂的敏感性。此外，还缺乏系统的研究探索氢的作用的位错晶界（DGB）的相互作用。因此，在这项工作中，氢对α-Fe中的螺位错和倾斜晶界之间的相互作用的影响<111>进行了研究。我们的模拟结果表明，DGB相互作用的结果强烈依赖于潜在的GB位错网络。此外，存在着很强的相关性之间的GB的能量和滑移传输的能量势垒。换句话说，具有较低界面能的GB表现出较高的滑移传递势垒。沿GB引入氢导致滑移传输的能垒一致地增加所有检查的GB。在氢的存在下的裂纹萌生的能量平衡的帮助下，我们的观察和以前的研究结果进行了检查。有人发现，氢的存在下，增加了存储在GB内的应变能，这可能会导致穿晶到沿晶断裂模式的转变。
2015-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Slip band interactions and GND latent hardening in a galling resistant stainless steel
在晶粒长度尺度上，采用高分辨率数字图像相关和高角分辨率电子背散射衍射的小规模力学测试，对铁基耐磨损合金Nitronic 60的滑移激活、滑移带相互作用和GND密度进行了表征。通过将这两种测量技术相关联，提供了对滑移带相互作用、晶格曲率的产生和几何必要位错（GNDs）的相应积累的新见解。多个离散的滑移带通常在单个晶粒内活动，导致显著的滑移带相互作用。交叉滑移带被发现产生累积的GNDs。滑移带阻挡其他滑移带的区域与最高的GND密度相关，超过交叉滑移带密度的三倍。有代表性的晶体塑性建模研究表明，离散的滑移阻塞事件是负责局部升高GND密度。这种行为是合理的晶格曲率与交叉或阻塞型行为提供的不同程度的约束。铁素体晶粒也被发现有助于GND的产生。总之，这两种效应提供了重要的加工硬化机制，可能是未来铁基硬面合金发展的关键。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary slip transfer classification and metric selection with artificial neural networks
人工神经网络被用来评估六个指标及其组合的有效性，以评估是否在粗晶寡晶铝箔\citep{Bieler_etal2019_2,Alizadeh_etal2020}的晶界滑移转移。这种方法扩展了以前应用于分析滑移传递的一维或二维投影。这种二进制分类的准确性达到约\pcnt{87}的最佳单一度量和约\pcnt{90}时，同时考虑两个或更多个度量。结果表明，滑移传递主要取决于晶粒间的几何关系。用\num{40}测量来训练每个隐藏层具有\num{10}节点的双层网络足以提供最大的准确度。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Orientation dependent pinning of (sub)grains by dispersoids during recovery and recrystallization in an Al-Mn alloy
合金在形变热处理过程中的微观化学状态可以控制再结晶晶粒尺寸和织构。本文通过将冷轧非等温退火Al-Mn合金中的P、CubeND或Cube取向的亚晶粒与第二相颗粒直接关联，分析了同时析出对回复和再结晶的影响。再结晶状态由粗的细长晶粒主导，具有强的P、弱的CubeND和甚至弱的Cube织构。相关的数据，使定向相关的定量的密度和大小的弥散体的亚边界和亚晶粒周围的变形区的大的组成颗粒。一个新的修改后的Smith-Zener阻力的表达式，从分散体上的子边界的推导和使用。结果表明，（亚）晶界上的弥散体的阻力是取向相关的，与立方亚晶经历回复和部分再结晶后的最高阻力。通常观察到的立方体亚晶在铝合金中的尺寸优势是没有实现，由于增加的阻力，从而促进粒子刺激形核（PSN）。在大颗粒周围的变形区中，相对较少和较大的弥散体减小了PSN核上的Smith-Zener阻力，从而进一步加强了PSN的效果。观察证实更强的P纹理相比，立方体ND纹理是一个更高的频率P亚晶粒和更快的增长，这些亚晶粒。所应用的方法能够更好地理解背后的机制取向依赖形核和生长行为在回复和再结晶与强烈的并发沉淀在Al-Mn合金。特别是，该方法提供了新的见解强P和立方体ND纹理相比，立方体纹理。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative assessment of the microstructural factors controlling the fatigue crack initiation mechanisms in AZ31 Mg alloy
利用滑移线分析和次级电子显微镜研究了织构AZ 31 B-O镁合金在两种不同循环应变半幅下的全反向循环变形过程中的变形和疲劳裂纹形核机制。由于不同的变形机制的激活，样品在两个方向上变形，导致对称和非对称的循环应力-应变曲线。它们被确定在纵向截面的标本，其中包括大量的颗粒（从1500至4500为每个标本），以获得统计学上显着的结果。如果占主导地位的变形机制是基底滑移和拉伸孪晶/脱孪晶，最具破坏性的疲劳裂纹沿大晶粒中的孪晶成核，连同平行于基底滑移带的裂纹，该基底滑移带与适合于基底滑移取向的小晶粒簇中的变形局部化相关。当变形机制为拉伸孪晶/退孪晶和锥体滑移时，最长的疲劳裂纹沿大晶粒中的锥体滑移带形核。在所有情况下都发现小晶粒周围的晶界裂纹，但从疲劳失效的角度来看，它们并不重要。该信息与评估微观结构特征对镁合金疲劳寿命的影响有关，并作为输入，使用疲劳指标参数模拟镁合金的疲劳行为。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci
In situ characterisation of slip bands behaviour in ferrite under mechanical loading
本研究通过HR-EBSD原位表征时效硬化不锈钢中铁素体滑移带的位错行为，发现其主要由刃型位错组成，且不可动位错维持几何畸变。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the origin of cube texture during static recrystallization of fcc metals : A full field crystal plasticity-phase field study
中、高层错能面心立方金属立方再结晶织构的起源问题已争论了近70年。尽管有大量的实验和模拟研究，许多问题的成核和立方体晶粒的生长仍然没有得到解决。在这里，我们应用全场晶体塑性模型，利用位错密度为基础的本构理论，研究在平面应变压缩下的变形和织构的演变在铜（Cu）。此外，我们使用相场法，随着随机形核模型，静态再结晶模拟。模拟结果表明，随着应变的增加，变形过程中立方相的体积分数减小。虽然立方晶粒在平面应变压缩过程中是不稳定的，但一些非立方晶粒向立方方向旋转，并在晶界附近形成窄的立方带。随着变形量的增加，立方分量比其他织构分量更快地积累位错密度。在静态再结晶过程中，立方晶区的高储能导致立方晶优先形核。这些立方核起源于晶间立方带。虽然立方体组分具有明显的成核优势，但没有一种织构组分似乎具有生长优势。相反，模拟结果表明，核的非均匀分布产生的晶粒尺寸分布有深远的影响。在再结晶过程中，观察到立方体积分数的显着增加，主要是由于立方晶粒的高形核频率。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic Origins of Friction Reduction in Metal Alloys
我们提出了大规模分子动力学模拟的结果，旨在了解纯金属中高摩擦系数的起源，以及它们在合金和复合材料中的伴随减少。我们利用一系列有针对性的模拟，以证明不同的滑动机制是活跃的两个系统，导致不同的摩擦行为。具体来说，我们表明，在纯金属中，滑动发生沿晶体滑移面，而在合金剪切容纳晶界。在纯金属中，存在由所施加的剪切应力引起的显著的晶粒生长，并且滑移面是具有高摩擦的相称接触。然而，合金中不同原子的存在抑制晶粒生长并稳定晶界，从而通过晶界滑动产生低摩擦。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between deformation twinning and dislocation slip in polycrystalline solids
形变孪晶是一种常在低对称性晶体中观察到的永久形变形式，例如六方密堆积（hcp）金属。由于镁等高强度金属的高强度与重量比，近年来在结构、汽车和装甲应用中对使用镁等高强度金属的兴趣增加，因此需要全面了解变形孪晶及其与位错滑移的相互作用。在微观层面上，通过原子模拟，单个位错与孪晶界相互作用，在宏观层面上，通过忽略形态学并将孪晶视为“伪滑移”，已经学到了很多东西。然而，孪晶在多个晶粒上共同形成，具有影响整体行为的复杂形态。这些中尺度方面的研究较少，是本文的重点。我们提出了一个模型，描述了孪晶和滑移形态，其演变，并在一个统一的方式在几个晶粒的尺度上的相互作用，并用它来研究宏观行为的影响。其主要思想是将孪生的相场模型与滑移的晶体塑性模型相结合，并在图形处理单元上并行实现，以实现快速计算。
2022-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of slip and twin activity using digital image correlation and crystal plasticity finite element simulation: Application to orthorhombic $α$-uranium
校准和验证晶体塑性材料模型是一项重大挑战，特别是对于具有许多潜在滑移和孪晶系统的材料。在这里，我们使用数字图像相关的粗晶粒$α$ -铀在拉伸试验与晶体塑性有限元模拟。这种方法使我们能够确定的临界解析剪切应力，和硬化率的不同的滑移和孪生系统。本构模型是基于位错密度作为状态变量和模拟的几何构造从电子背散射衍射图像，提供形状，尺寸和晶粒的取向，允许虚拟和真实的实验之间的直接比较。一个优化算法是用来找到的模型参数，再现每个晶粒的平均应变的演变，随着负载的增加。一个拉伸杆，包含四个晶粒对齐的负载方向，被用来校准模型与8个未知参数。然后，通过模拟第二个拉伸杆中的应变分布，独立验证该方法。不同的机制的双系统的硬化进行了评估。最活跃的孪晶系统的潜在硬化是由共面孪晶和滑移决定的。最活跃的滑移系的硬化速率低于细粒$α$ -铀。该方法可用于其它粗晶材料的临界分辨剪应力和硬化参数的识别。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cold Creep of Titanium: Analysis of stress relaxation using synchrotron diffraction and crystal plasticity simulations
存在一个长期存在的技术问题，其中在室温下在Ti中循环加载期间的应力驻留导致显著的疲劳寿命降低。据认为，局部时间依赖性的塑性在软晶粒取向容易塑性滑移导致甩负荷和增加应力在相邻的硬晶粒取向不良容易滑移。量化这个时间相关的塑性过程是成功预测复杂的冷驻留疲劳问题的关键。这项工作使用了一种新的方法，在原位同步辐射X射线衍射在应力松弛试验，量化的时间依赖塑性。从多个晶格家庭（21衍射环）的测量晶格应变进行了比较，从晶体塑性有限元（CPFE）模拟模拟晶格应变。棱柱滑移参数被发现表现出更强的应变速率敏感性相比，基底滑移，这有显着的影响，在冷蠕变过程中的应力重分布到硬晶粒取向。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
In-situ study of creep in Sn-3Ag-0.5Cu solder
Sn-3Ag-0.5Cu（wt.%）合金的蠕变行为和组织演变在298 K、30 MPa恒应力下对柱状晶试样进行了原位蠕变试验。这一点很重要，因为298 K是焊料系统内的高温，对微观结构演变的原位观察证实了材料变形和最终失效的机制。利用重复和自动前散射二极管和自动电子背散射衍射成像对样品进行了原位观察。在变形过程中，结晶和再结晶观察不均匀的增加应变，这些与当地的晶格旋转矩阵附近的金属间化合物界面。再结晶晶粒与其母体晶粒有孪晶或特殊的边界关系。这两种成像方法的组合显示一个晶粒（加载方向，LD，与[100]成10.4 °）的变形小于相邻晶粒2（LD与[110]成18.8°），在应变局部区域有滑动痕迹。在第1晶粒中观察到（1-10）[001]滑移系，在第2晶粒中观察到（1-10）[-1-11]/2和（110）[-111]/2滑移系。晶格取向梯度随着塑性应变的增加而增加，并且观察到与断裂同时发生的近断裂再结晶。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Review on Slip Transmission Criteria in Experiments and Crystal Plasticity Models
对金属晶界滑移传递准则的文献进行了全面的综述，重点介绍了滑移系和晶界取向。这些广泛的文献中有许多是由实验研究提供的。本文讨论了几何准则在连续晶体塑性模型中的应用。回顾Gurtin（2008，J.Mech.Phys.Solids 56，p.640）的理论框架用于单滑移情况。这突出了连接到滑差传输标准从文献中没有讨论的工作本身。不同的几何标准进行比较，为单滑移的情况下，就其预测的滑移传输。额外的标准，在实验中研究和计算模拟中使用的观点，给出。
2015-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Deformation of micrometer and mm-sized Fe2.4wt.%Si single- and bi-crystals with a high angle grain boundary at room temperature
体心立方（BCC）金属中的塑性，包括晶界处的位错相互作用，比面心立方（FCC）金属中的塑性少得多。在低温下，由于Peierls势垒对位错运动的额外阻力变得重要，这增加了塑性的复杂性。铁硅钢是一种有趣的模型BCC材料，因为特定取向晶粒和特定晶界处的位错结构的演变不仅对变形行为而且对磁性能具有深远的影响，这在其作为电工钢的最终应用中是重要的。在这项研究中，两个不同的取向的微柱（1，2，4微米直径）和大柱（2500微米）和它们相应的双晶体压缩实验后，强度和位错结构的尺寸的效果进行了分析。使用不同的实验方法，如滑移轨迹分析，平面倾斜分析和横截面EBSD，我们表明，直接滑移传输发生，和不同的滑移系统是活跃的双晶体相比，他们的单晶同行。然而，尽管直接传输和一个非常高的传输系数，位错堆积在晶界处也观察到在变形的早期阶段。此外，尺寸缩放的效果与柱尺寸在单晶和双晶体中的晶粒尺寸被发现，这是一致的FCC金属在其他地方的调查。
2020-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Correlations between electrical and mechanical signals during granular stick-slip events
粉末和颗粒表现出不可预测的堵塞流动的过渡，表现在地球物理尺度上的灾难性滑动事件，如滑坡和地震，并在实验室/工业规模的深刻的处理困难。在过去的几年里，洞察这些转变已经提供了新的证据，滑动事件可能伴随着，甚至之前，由电效应。在目前的工作中，我们量化之间的相关性滑移和分离的电荷，使用一个原型的颗粒材料：光弹性聚合物。我们测量材料位移、声发射和电压之间的强相关性。我们发现，产生的电压与表面，而不是散装性能的颗粒材料。虽然在该系统中仅偶尔观察到电压前兆，但在滑移和电压信号之间的互相关中存在一些不对称性，这指示滑移前和滑移后动态之间的差异。
2013-07-09 cond-mat.mtrl-sci
In-situ electron backscatter diffraction of thermal cycling in a single grain Cu/Sn-3Ag-0.5Cu/Cu solder joint
采用原位热循环结合电子背散射衍射（EBSD）技术研究了Cu/SAC 305/Cu单焊点组织的非均匀演化。由于热膨胀失配导致的局部变形导致异质晶格旋转，朝向接头的拐角局部化并且朝向接头的中心减小。这种变形是由界面处的\b{eta} -Sn、Cu 6Sn 5和Cu之间的CTE的约束引起的。在变形过程中，亚晶的形成伴随着取向差的持续增加，这意味着在应变局部化区域塑性滑移的积累以及滑移系统（1-10）[111]/2和（11-0）[111]/2的激活。
2019-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous, pre-yield grain-boundary sliding in copper revealed with in-situ high-resolution strain mapping
United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
研究通过原位高分辨率应变映射揭示铜中室温下预屈服阶段的晶界滑动现象，发现其比晶体学滑动具有更高的应变和旋转值，揭示了纯平面、纯平面外和混合模式的滑动模式。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci
An assessment of mechanism-based plasticity models for polycrystalline magnesium alloys
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；University of Houston（休斯顿大学）
本文评估了粗粒度塑性模型在多晶镁合金中的有效性，分析了其在捕捉塑性各向异性和滑移系统活动性方面的性能。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic evaluation of low cycle fatigue crack growth in a polycrystalline Ni based superalloy
本文探讨了Haynes 282光滑杆件低周疲劳裂纹扩展的微观机制。采用裂纹尖端张开角（CTOA）和最大切向应力（θMTS）两种参数化方法对裂纹进行了表征。CTOA的变化，随着裂纹的传播，表现出一个非线性衰减，然后由一个稳定的制度。局部KI和KII场的混合度与θMTS成正比，可通过测量局部偏转来评估。在裂纹周围，通过EBSD和滑移传递分析，讨论了晶粒不相容性的作用。对于有利于亚表面裂纹扩展的晶粒，弹性模量（EM）和施密德因子（SF）存在临界界限，并且这些值存在超过极限阈值。SF-EM图标记了材料中裂纹和未裂纹晶粒的区域。在疲劳裂纹扩展过程中，还发现了组织中有利的孪晶基体不相容性，在裂纹区有大量的（211）面孪晶。基于Luster-Morris参数（LMP）的滑移传递分析已经进行了详细的滑移活动，弹塑性不相容性，和晶界几何形状之间的相互关系的调查。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Maximum strength and dislocation patterning in multi-principal element alloys
多主元素合金（MPEAs），通常被称为中熵或高熵合金，含有三种或三种以上的组分在高浓度下，呈现出可调的化学短程有序（SRO）。利用大规模的原子模拟，我们探讨了在模型CrCoNi合金的Hall-Petch强化和变形机制的限制，并解开化学短程有序效应。研究发现，在SRO的存在下，最大强度略有增加，最强晶粒尺寸向一个小的值漂移。此外，断层和变形转换的倾向降低，并伴随着平面滑动和应变局部化的加剧。我们揭示了显着不同的变形显微组织和位错模式，显着依赖于晶粒取向和变形过程中激活的滑移面的数量。单滑移面晶粒的形变诱导组织转变体积分数最高，双滑移面晶粒形成致密位错网络。这些结果推进的变形机制和位错图案的MPEAs的基本理解提出了一种机械策略，通过同时调整晶粒织构和局部化学秩序的机械行为。
2022-05-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A computational study of how surfaces affect slip family activity
该研究通过HCP和BCC金属的晶体塑性模拟，探究表面对滑移系族活性的影响及运动学机制，发现近表面两个晶粒内活性与块体有偏差，规律与滑移系数量相关。
2024-08-18 cond-mat.mtrl-sci
A novel method of experimental determination of grain stresses and critical resolved shear stresses for slip and twin systems in a magnesium alloy
本研究提出一种基于中子衍射的新方法，可直接测定镁合金晶粒应力与临界分切应力，无需依赖模型假设，还能解释合金各向异性并简化弹塑性自洽模型的参数拟合。
2023-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dislocation impediment by the grain boundaries in polycrystals
本文发展了考虑晶界阻碍位错的位错热力学理论来分析多晶体的剪切试验。通过一小部分基于物理学的材料参数，我们能够模拟载荷及其逆转的应力-应变曲线，这与Thuillier和Manach [2009]的实验曲线一致。给出了载荷作用下的塑性滑移及其反转的典型分布，它们的演变解释了载荷反转过程中过渡阶段的延长长度。
2021-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Porous textured ceramics with controlled grain size and orientation
致密或多孔陶瓷的织构可以提高其功能和结构性能。目前的纹理化方法采用各向异性颗粒作为起始粉末和将其取向驱动到特定方向的工艺。使用超低磁场与粉浆浇注相结合，可以有目的地将磁响应颗粒定向在任何方向上。当这些颗粒与纳米颗粒悬浮在一起时，在烧结期间发生模板化晶粒生长以产生纹理化陶瓷。然而，最终晶粒通常是微米级的，导致机械性能较弱。在这里，我们将探讨如何调整晶粒取向的大小使用磁粉浆铸造和模板晶粒生长。我们的策略包括改变各向异性粉末的尺寸，并确保发生磁性排列和致密化。所获得的陶瓷具有大范围的晶粒各向异性，具有亚微米厚度和各向异性性能。具有可调晶粒尺寸和孔隙率的织构陶瓷在过滤、生物医学或复合材料应用中具有很好的前景。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A unified framework for polycrystal plasticity with grain boundary evolution
多晶体中的塑性形变由晶内滑移和晶界介导塑性之间的相互作用控制。然而，虽然体位错所起的作用是相对较好的理解，晶界（GB）的贡献最近才开始研究。已知GB塑性与体塑性一起在宽范围的条件下起关键作用，例如动态恢复、超塑性、剧烈塑性形变等，并且开发能够同时捕获GB和体塑性的模型已经成为高度相关的主题。在本文中，我们开发了一个多晶塑性模型，能够模拟各种晶粒边界介导的塑性过程，结合体位错滑移的一致性。该模型从单晶的描述开始，并通过使用作者开发的专门设计的乘法分解来创建无晶格应变的多晶配置。这导致了一个特定的几何必要位错（GND），定义基本GB功能，如取向不良和倾斜的介绍。该系统的演变是基于能量泛函，该能量泛函使用GND张量的非标准函数来考虑晶界能以及标准弹性能。我们的实现建立在光滑的描述GBs的启发扩散界面模型的晶粒演化数值方便。我们通过模拟各种各样的现象，如剪切引起的GB滑动，耦合GB运动，曲率引起的晶粒旋转和收缩，并通过位错亚晶粒的形成，和结晶的方法的一般性和潜力。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Per-grain and neighbourhood stress interactions during deformation of a ferritic steel obtained using three-dimensional X-ray diffraction
利用三维X射线衍射原位追踪铁素体钢约1800个晶粒的变形，发现晶粒邻域效应（串联相邻晶粒的Schmid因子）显著影响应力状态，且该效应随应变减弱，BCC铁素体耗散此效应是其高延展性的关键。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation interactions and crack nucleation in a fatigued near-alpha titanium alloy
研究了近α钛合金Ti-6242 Si低周疲劳裂纹形核处的位错交互作用。合金中的循环塑性应变导致在初级α晶粒中的位错堆积，在初级α和两相区之间的边界处成核。这两个相区提供了一个障碍，初级α晶粒之间的滑移转移。我们认为裂纹形核发生在初生α晶粒的基面附近，是由Tanaka和Mura首先设想的亚表面双端堆积机制引起的。在<a>裂纹形核位置附近观察到基底位错上的超台阶。这两个相区显示出α 3位错在次级α板之间的直接传输，作为α [010]传输通过β韧带，然后在β中分解成（α/2）<111>位错网络。β韧带本身似乎并没有形成一个特别难以穿透的障碍，以滑动，在协议的微柱和晶体塑性研究张等。
2018-06-17 cond-mat.mtrl-sci
The role of dwell hold on the dislocation mechanisms of fatigue in a near alpha titanium alloy
在近α钛合金Ti6242Si中出现在高度错位取向的软/硬晶粒对中的位错结构进行了检查，在疲劳过程中施加和不施加载荷保持（停留）。软晶粒中的位错堆积导致相邻硬晶粒中的内应力，该内应力可以通过在局部Frank-Read源处的位错增殖来松弛，该过程通过在负载保持期间提供松弛时间来辅助。这一过程的速率被认为是由<c + a>锥体交叉滑移和基底连接的形成所控制的。<a>通过双滑移观察到高密度的棱柱堆积，以及在高度错位取向的晶粒对的软晶粒中的刃位错的成核，增加了开裂的可能性。<a>由这种堆积发展的应力集中被认为是更高的停留疲劳（单端堆积）比在低周疲劳（双端）。分析模型表明，在驻留疲劳中，由这种堆积产生的硬晶粒上的最大正应力将接近基底，约2.5度到（0002）。这为钛合金中驻留疲劳裂纹成核合理化的主要假设提供了支持，该假设来自Stroh堆积模型，并详细说明了由甩负荷引起并导致基底小面化的潜在位错现象。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of ductile fracture across grain boundaries in polycrystals
本研究针对多晶金属延性断裂的损伤与微裂纹问题，将单晶延性相场断裂框架扩展至多晶，提出耦合损伤的新型微柔性边界条件，验证其能实现硬化阻滑移、断裂生跨晶界微裂纹的效果，可用于模拟孔洞聚合与三维裂纹前沿。
2024-10-31 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Validity of crystal plasticity models near grain boundaries: a contribution of elastic strain measurements at the micron scale
同步辐射劳厄显微衍射和数字图像相关测量相结合，跟踪弹性应变场（或应力场）和总应变场附近的一般晶界弯曲双晶体。采用四点弯曲装置对316L不锈钢双晶体进行了原位弹塑性变形。然后使用具有晶体塑性模型的有限元模拟该测试，该晶体塑性模型包括内部变量（离散滑移系统上的位错密度）。该模型的预测进行了比较，总应变场和弹性应变场实验获得。虽然激活滑移系和总应变预测合理，弹性应变出现高估旁边的晶界。这表明，传统的晶体塑性模型需要改进，以正确地模拟应力在晶界。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Effect of Ag and Zr solutes on dislocation emission from the Σ11(332)[110] symmetric tilt grain boundary in fcc Cu
溶质的添加通常用于稳定纳米晶体材料以防止晶粒生长。然而，这些溶质在晶界处偏聚，也影响在外加应力下从晶界处的位错成核的过程。使用原子模拟，我们证明了溶质对位错成核的影响强烈地依赖于溶质在晶界处的分布，这可以根据溶质类型而显着变化。特别是，我们的研究结果表明，具有较小的尺寸失配的溶质可以更有效地抑制位错发射从晶界。考虑到位错滑移源于晶界或其三重连接点是塑性形变的主要机制时，晶粒尺寸减小到纳米级，我们强调的重要性，寻找最佳的溶质添加剂，这将稳定的纳米晶材料对晶粒生长，并在同一时间，有效地抑制从晶界的位错成核。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of the effective viscoplastic behavior of Mg$_2$SiO$_4$ wadsleyite: Bridging atomic and polycrystal scales
通过适当地桥接几个尺度转换模型，获得了地球地幔过渡带（深度范围：410 - 520 km）的主要高压相Mg $_2$ SiO $_4$华德士来石多晶集合体的粘塑性行为。在与位错核结构相对应的纳米尺度下，基于Peierls-Nabarro-Galerkin模型，在实验室实验条件下，在高压和宽温度范围内，对热激活塑性滑移行为进行了模拟.相应的单滑移参考解析剪切应力和相关的本构方程推导出Orowan的方程，以描述在晶粒尺度的平均粘塑性行为，最简单的滑移系统。这些数据已经在两个晶粒-多晶尺度的转变模型中实现，（[44]的最近的完全优化的二阶粘塑性自洽方案）允许快速评估多晶聚集体的有效粘度，和全场（基于FFT的方法[45] [33]）允许研究应力和应变-典型微观结构中的速率局部化和晶粒内滑移系的非均匀激活。在与现场条件相关的压力和温度下进行了计算。结果是在非常好的协议与现有的机械测试进行应变率典型的实验室实验。
2020-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Formation of grain boundaries in ductile single crystals under plane-strain simple shear: a block-coordinate finite element method
Faculty of Civil Engineering, Ton Duc Thang University（土木工程学院，Ton Duc Thang大学）；Faculty of Mathematics and Statistics, Ton Duc Thang University（数学与统计学院，Ton Duc Thang大学）
针对韧性单晶平面应变简单剪切，提出块坐标有限元方法，结合多凸弹性能和位错密度正则化，数值再现了由大变形驱动的自发晶粒细分层状结构。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
In-situ Analysis of the Effect of Residual fcc Phase and Special Grain Boundaries on the Deformation Dynamics in Pure Cobalt
本研究通过原位声发射与非原位扫描电镜结合，发现残余fcc相和特殊71°晶界显著提升纯钴的可变形性和强度，其效应可超越晶粒尺寸，为晶界工程优化提供新途径。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Three-Dimensional In Situ Texture Development and Plasticity Accumulation in the Cyclic Loading of an alpha-Ti Alloy
高能同步辐射X射线被用来跟踪晶粒旋转和微观力学演变的六角Ti-7Al微观结构，因为它是循环加载低于其宏观屈服应力。通过200次循环的晶粒的演变揭示了在整个试样中冯米塞斯应力和取向的连续变化，表明塑性的缓慢积累，即使样品在低于其宏观屈服下循环。尽管（宏观）塑性应变的大小可以忽略不计，但晶粒的重新取向与拉伸织构的发展是一致的。据观察，在一个“硬”的取向（c轴接近加载方向）的晶粒保留更多的残余应力在其滑移系统卸载后比在一个“软”的取向的晶粒。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Misorientation on Single Crystal Plasticity by Finite Element Methods
本文研究加载取向偏差对单晶晶体塑性有限元模型的影响，发现微小偏差会改变滑移系激活和应力-应变行为，并量化了其对[001]铜应力预测的显著影响。
2024-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic survey of grain boundary dislocation interactions in FCC Nickel
众所周知，晶界（GBs）对多晶材料的力学性能有很大的影响。不为人所知的是不同的GB如何与位错相互作用，以影响位错运动。本工作提出了一个分子动力学研究33个不同的FCC镍双晶，每个受到四个不同的应变状态，以诱导入射位错GB相互作用的132个独特的配置。由此产生的模拟进行分析，以确定的相互作用，影响通过GB的位错传输的可能性，以更好地通知多晶体内的位错运动的介观模型的属性。它被发现的能力来预测的滑移系统的传输位错使用常见的几何准则被确认。此外，机器学习过程的实施揭示了几何属性，如最小潜在的剩余伯格斯矢量（RBV）和两个晶粒之间的取向差，是更强的指标是否位错将传输比其他属性，如解决的剪切应力。
2019-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Grain Orientation and Local Strains on Void Growth and Coalescence in Titanium
韧性断裂在具有弱力学各向异性的金属如铜和铝中得到了广泛的研究。更各向异性的金属，特别是那些具有六方晶体结构的金属（例如钛）的断裂仍然远未被理解。本文研究了工业纯钛（CP-Ti）的韧性断裂过程，着重研究了晶粒取向和局部应变状态对孔洞生长的影响。一种实验方法被开发出来，以直接关系到一个空洞的生长在三个维度，其底层的晶粒取向。晶粒取向得到了电子背散射衍射含空隙的CP-Ti片之前，他们的扩散连接。空隙尺寸的变化进行了测量，在现场应变的X射线断层扫描系统。嵌入的晶粒取向和它的邻居的空洞的生长速率和合并的强烈影响已被实验量化。有限元晶体塑性模拟，同时考虑到晶粒取向和局部应变状态被发现预测的实验空隙增长。基底滑移占主导地位的晶粒显示出最大的空隙生长速率，因为它们更接近于有利于空隙生长和聚结的平面应变条件。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Theory of finite strain superplasticity
多晶体的塑性流动进行了分析，假设晶粒细的速率限制过程是晶界滑动，和晶粒很容易适应他们的形状滑移，以保持空间连续性。它示出，思想的多晶随机取向的晶粒作为一个均匀的和各向同性的连续处理时，它作为一个动态介质，即使在一个规模远远大于晶粒尺寸，导致粗差。晶粒的多面体性质以根本的方式影响塑性流动，因为相邻晶粒的相对速度被约束到公共边界平面，并且只有面内剪切应力有助于它们的相对运动。这种收缩决定了材料介质的速度场的发散性不会消失，并且塑性形变必然涉及晶粒体积变化，而晶粒体积变化只能是弹性的。由于这是有限度的，断裂是塑性流动的必要步骤。发展了塑性流动的理论方法，重点研究了从零应变到断裂应变的超塑性变形。该理论可以定量地解释观察到的超塑性材料的特点，并回答了该领域的许多悬而未决的问题。
2009-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Influences of Granular Constraints and Surface Effects on the Heterogeneity of Elastic, Superelastic, and Plastic Responses of Polycrystalline Shape Memory Alloys
采用实验和模拟相结合的方法研究了多晶记忆合金在超弹性应力作用下的变形不均匀性。原位X射线衍射，特别是远场高能衍射显微镜（ff-HEDM）技术被用来非破坏性地测量的位置，晶体取向，弹性应变张量和体积为数百个奥氏体晶粒在超弹性加载的镍钛（NiTi）形状记忆合金的晶粒平均统计。该实验数据还用于在有限元模型内创建合成微结构。然后，利用各向异性弹性力学模拟拉伸加载过程中的晶内应力的发展。从这些应力中计算出相变和滑移的驱动力。单个奥氏体晶体的晶粒平均响应检查之前和之后的多个应力诱导的转变事件表明，在试样内部的晶粒进行更多的应力和塑性变形小于表面晶粒的超弹性响应摇下来。单个晶粒内的异质性检查表明，晶界附近的区域表现出较大的应力变化相比，晶粒内部。这种晶内异质性更强烈地驱动的约束，相邻的晶粒比初始应力状态和个别晶粒的取向。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci
MD Simulations of Compression of Nanoscale Iron Pillars
现在可以制造出许多金属的完美晶体纳米线。这些物体的变形需要很好地理解纳米尺度下塑性所涉及的过程。这种纳米尺度微柱的各向同性压缩是理解塑性的一个很好的模型系统。在这里，我们研究这些现象，使用分子动力学（MD）模拟纳米尺度的单晶体心立方铁柱在压缩。我们发现，具有大的长宽比的支柱可能在高应变率下屈曲。屈曲行为的类型敏感地取决于所使用的边界条件：周期性边界条件允许在支柱的顶部和底部旋转，并导致S形屈曲，相比之下，固定边界强制C形屈曲。柱的长宽比接近实验微柱压缩研究中使用的变形行为为主的滑移，与实验一致。对于取向沿的微柱<100>，滑移发生在平面上<110>，并形成局部滑移带。这种尺寸的支柱在发生屈服之前比散装材料经受更高的应力。人们可能会认为，这可能部分是由于缺乏诱导滑移所需的成核位点。然而，进一步模拟可能的位错源：一个较短的铁支柱包含一个球形晶界，和一个类似的支柱包含锯齿状边缘没有显示出降低的屈服强度。
2014-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of grain-boundary nucleated transformations in rectangular geometries and one paradox relating to Cahn's model
体积分数的表达式获得的系统的无限数量的平行平面排列的规则和随机。作为随机排列的一种特殊情况，首次考虑了平面排列的非Poissonian点过程（二阶Erlang过程）。在这种情况下得到的精确体积分数表达式表明，它不能由Cahn方法导出，即。e.扩展体积法仅适用于泊松过程。规则平面的体积分数方程用于研究立方晶粒结构，包括规则和随机。结果表明，Cahn方程低估了具有四种不同尺寸分布的立方体的规则和随机结构中的转变动力学;低估的程度取决于尺寸分布，在规则结构中是最大的。描述了包装的悖论：由相同元素（随机平行六面体）组成的结构以相同的方式变换，但包装不同，给出了不同的变换率。
2021-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Polycrystal plasticity with grain boundary evolution: A numerically efficient dislocation-based diffuse-interface model
晶粒结构对合金材料的力学性能起着关键作用。设计晶粒结构需要全面了解材料在各种制造过程中晶界（GB）的演变。为此，我们提出了一个计算效率高的框架来描述体塑性和GBs的共同演变。我们把GB表示为扩散的几何必要位错，其演化描述了GB塑性。在此表示下，统一使用塑性形变梯度的演化方程，经典晶体塑性理论的核心方程来描述GBs和体塑性的演化。为了减少自由度的数量，我们提出了一个程序，它结合成一组控制方程的塑性形变梯度的每个滑移率的控制方程。最后，我们概述了一种方法来引入一个合成的潜力，以推动迁移的平面GB。三个数值例子来证明该模型。首先，缩放测试被用来证明我们的框架的计算效率。其次，我们研究了通过将圆形颗粒嵌入双晶体形成的三晶体的演化，并证明了我们模型的预测与Trautt和Mishin（2014）的分子动力学模拟之间的定性一致性。最后，我们通过模拟施加位移下的合成多晶的演化，展示了施加载荷在织构演化中的作用。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Synergistic doping of the grain interior and grain boundary alters deformation mechanisms and enables extreme strength in nanocrystalline Ni-Cr-Y alloys
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Stony Brook University（石溪大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
通过调控晶粒和晶界化学成分，研究晶粒内和晶界掺杂协同作用对纳米晶Ni-Cr-Y合金变形机制和强度的影响，发现Y元素在晶界富集可增强晶界强化，而Cr元素在晶粒内形成固溶体增强晶格，二者协同作用使合金硬度达到11.0GPa。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Insights into Solute Drag Effects on Grain Boundary Motion in Mg-Al and Mg-Ca Alloys
College of Materials Science and Engineering, State Key Laboratory of Cemented Carbide, Hunan University（湖南大学材料科学与工程学院）；McGill University（麦吉尔大学）；Institute of Solid State Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院固体物理研究所）；School of Physics and Electronics, Hunan University（湖南大学物理与电子学院）；Hunan University（湖南大学）
本研究通过分子动力学和蒙特卡洛模拟揭示了Al和Ca溶质对Mg合金中晶界运动的影响，发现Ca的钉扎效应强于Al，且HAGBs在再结晶后期受溶质效应影响更显著。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Processing of dense bio-inspired ceramics with deliberate microtexture
生物硬材料的结构揭示了矿物晶体的精细定制的复杂组装。最近的许多研究将这些局部组件的设计与令人印象深刻的宏观响应相关联。在技术陶瓷中再现这种精致的控制与常用的加工方法相冲突。在这里，我们规避这个问题相结合，最近开发的磁辅助注浆成型（MASC）技术与成熟的工艺模板晶粒生长（TGG）。MASC使得能够局部控制分散在较小的各向同性颗粒中的片晶的取向。在高温无压处理之后，最终陶瓷的晶粒遵循与初始片晶相同的取向。这种组合使我们能够生产95%致密的氧化铝部件，其晶粒取向遵循任何有意的取向。我们成功地制造了微结构的灵感来自生物材料与陶瓷，目前周期性变化的图案与可编程的间距为几十微米。我们证实了该过程的能力，通过局部晶粒取向，使用微压痕定制局部机械性能。这种对局部机械性能的微米级控制可以应用于使用这种廉价且可扩展的工艺使陶瓷结构适应复杂的负载。在功能特性也取决于各向异性晶粒取向的系统中，本文提出的原理可以创建新的多功能陶瓷。
2018-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Diffuse-interface polycrystal plasticity: Expressing grain boundaries as geometrically necessary dislocations
在多晶体中建模塑性的标准方法是通过在每个晶粒中使用单晶的晶体塑性模型，并在晶界上施加合适的牵引和滑动边界条件。在这种方式中，系统被建模为一组边界值问题与匹配的边界条件。在本文中，我们开发了一个多晶材料的扩散界面晶体塑性模型，结果在一个单一的边界值问题与单晶作为参考配置。使用变形梯度的乘法分解为晶格和塑性部分，即F（X，t）= F^L（X，t）F^P（X，t），通过将F^L施加为分段恒定旋转场R^0（X），并且F^P = R^0（X）^T，从而具有F（X，0）= I和零弹性应变，来构造初始无应力多晶。该模型作为一个先驱，高阶晶体塑性模型与晶界能和演变。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantized grain boundary states promote nanoparticle alignment during imperfect oriented attachment
定向附着（OA）已成为金属、陶瓷和生物矿物晶体生长的公认机制。虽然OA的许多计算和实验研究表明，粒子可以附着一些取向错误，然后旋转以去除相邻的晶界，但这种“不完美OA”过程的潜在原子路径仍然是争论的主题。在这项研究中，分子动力学和原位TEM被用来探测多达30个金和铜纳米粒子在聚集过程中的结晶演化。发现不完全OA的发生是因为（1）当晶界的尺寸与组分位错之间的分离相当时，晶界变得量子化，以及（2）与晶界位错的滑移相关的动力学势垒小。为了支持这些发现，TEM实验表明，退火后形成的单晶聚集体9初始取向错误，团聚的颗粒与位错滑移和孪晶形成的证据在颗粒/晶粒排列。这些意见激励未来的工作组装纳米晶体与定制的缺陷，并要求在纳米晶材料的晶界能的Read-Shockley模型的修订。
2020-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intermetallic particle heterogeneity controls shear localization in high-strength nanostructured Al alloys
采用原位微柱压缩试验研究了Al-Mg-Y和Al-Fe-Y两种纳米晶铝合金的力学行为。这两种合金都通过分级显微结构得到强化，包括晶界偏析、纳米厚的非晶络合物、尺寸为几纳米的碳化物纳米棒沉淀物和亚微米级的金属间化合物颗粒。Al-Mg-Y系统的最大屈服强度被测量为950 MPa，超过Al-Fe-Y系统的最大屈服强度（680 MPa），这主要是由于更多的碳化物纳米棒和更多的无定形络合物的组合。这两种合金的屈服强度远高于商用铝合金，因此具有很大的结构应用潜力。然而，一些微柱试样观察到塑性软化通过剪切带。事后调查显示，金属间的自由变形路径的几个微米的长度负责这种失败。进一步表征显示剪切带内的显著晶粒生长。粗化的晶粒彼此保持相同的取向，指向塑性流动的晶界机制，特别是晶粒旋转和/或晶界迁移。金属间化合物颗粒的存在使得基体和金属间化合物晶粒由于不同的晶格参数和滑移系而难以旋转到相同的取向。因此，我们可以得出这样的结论：均匀分布的金属间化合物颗粒的平均间距小于渗流长度的剪切局部化可以有效地防止剪切带的成熟，提供了一个高强度和稳定的塑性流动的高强度纳米晶铝合金的设计策略。
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
