Transformation-mediated twinning governs plasticity in body-centered cubic nanocrystals under extreme loading
University of West Bohemia in Pilsen（西波希米亚大学）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；National Centre for Nuclear Research（国家核研究中心）；Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）
研究揭示了体心立方纳米晶在极端加载下塑性行为由相变介导的孪生路径主导，挑战了传统塑性变形理论。
2026-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Critical resolved shear stresses for slip and twinning in Mg-Y-Ca alloys and their effect on the ductility
研究了挤压态Mg-5 Y-0.08Ca（wt. %）合金进行了分析，通过微柱压缩测试单晶沿不同的取向-选择激活特定的变形模式-以及滑移痕迹分析，透射电子显微镜和透射菊池衍射。多晶合金在拉伸时表现出显著的延展性（约32%），拉伸和压缩之间的屈服强度差异可以忽略不计。发现固溶体中Y和Ca的存在导致<a>基底滑移（29 $\pm$ 5 MPa）、<c+a>锥体滑移（203 $\pm$ 7 MPa）和拉伸孪晶形核（148 MPa以上）的CRSS大幅增加，而棱柱滑移的CRSS<a>仅增加到105 $\pm$ 4 MPa。Mg-Y-Ca合金中滑移和拉伸孪晶的CRSS的变化改变了多晶体中的主要变形机制。特别地，拉伸孪晶<a>在沿a轴的压缩变形期间被棱柱滑移取代。孪晶的减少（其通常在织构化合金中的塑性形变中引起强各向异性）和棱柱滑移的激活<a>（其提供了具有有限硬化的额外塑性形变机制）是合金的大拉伸延展性的原因。
2023-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Shear Melting and High Temperature Embrittlement: Theory and Application to Machining Titanium
我们表明，与稀土金属（REM）合金化可以显着提高一系列钛合金的可加工性，即使REM是不纳入合金基体。其机制是在切削下，形成剪切带，在剪切带内REM的纳米沉淀物被剪切混合。这降低了熔点，使得变形机制从位错机制变为局部非晶化和剪切软化。然后材料沿着薄的非晶剪切带断裂。在剪切带外，REM以沉淀物形式存在。新合金具有与传统材料相似的机械性能和生物相容性。
2016-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Shear melting and high temperature embrittlement: theory and application to machining titanium
我们描述了一个动态的相变发生在高温和极高的剪切速率下的剪切带。随着温度的升高，位错变形和晶界滑动被高度局部化的纳米带中的非晶化所取代，这允许大规模应变和断裂。其机理类似于剪切熔化，并导致高温下液态金属的脆化。模拟结果表明，无位错滑移系、低导热系数和接近熔点的温度是形成超导体的必要条件。前两个表现出体心立方钛合金，我们表明，最后一个可以通过实验来实现添加低熔点元素：特别是我们使用不溶性稀土金属（REM）。在高剪切下，REM与钛混合，降低剪切带内的熔点并触发剪切熔融转变。这又产生热量，由于不良的热传导，热量保持在剪切带中。材料沿剪切带断裂。我们展示了如何利用这种转变，在创建新的钛基合金，改善切削性能。
2015-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of twinning dislocation loops in fcc metals
面心立方金属中的形变孪晶在其形变机制图中占有不可或缺的位置，它只在特定的材料特性、微观结构和载荷条件下才发生。然而，专门的研究很少进行，以探讨介导这一过程的孪晶位错的基本属性。在这里，我们采用原子计算和连续模拟相结合的方法来研究面心立方晶体结构金属中孪晶位错环的成核。除了传统的层-层孪晶形核模型外，本文还研究了新提出的交替剪切机制，确定了孪晶环形核的能垒和剪切应力。我们发现后一种机制的形核应力小于前一种机制。该研究还强调了临界回路尺寸和分数Burgers矢量与施加的剪切载荷的非均匀变化。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Twin-Boundary Structural Phase Transitions in Elemental Titanium
晶体材料中的孪晶在许多转变和变形过程中起着重要作用，其中相关孪晶界（TB）的结构、能量和动力学性质可以强烈地影响潜在机制。虽然这些性质在常见情况下得到很好的表征，但是TB可以显示具有不同性质的多种络合物以及它们之间的相变的可能性尚未被广泛探索，即使这种现象在一些更一般的晶界中建立。我们报告的实验结果表明，{11-24} TB在钛显示厚的界面区域与晶体结构不同的散装。第一性原理计算确定，该复合物与钛的亚稳多晶型相关联，并且表现出与压缩应变下的固态润湿转变和张力下的一级结构转变一致的行为。这些发现证明了元素金属中丰富的TB络合行为，对机械行为和相变途径具有重要意义。
2021-07-20 cond-mat.mtrl-sci
The (11-22) and (-12-16) twinning modes modelled by obliquity correction of a (58deg, a+2b) prototype stretch twin
{11-22}和{11-26}孪生模式最近被Ostapovets等人（Phil. Mag，2017），并解释为通过两个孪生剪切的同时作用形成的{101 -2}-{101-2}双孪晶。我们提出了另一种解释，其中的孪生模式的结果从一个一步机制的基础上相同的（58度，a+2b）原型拉伸双。.这两个双胞胎与原型双胞胎的差异在于他们的双胞胎校正。并与经典的孪生理论和{11-22}孪生的Westlake-Rosenbaum模型进行了比较。最近在镁单晶中发现的一种非传统的孪生模式将是一个单独出版物的主题。
2017-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Impact of gamma' particle coarsening on the critical resolved shear stress of nickel-base superalloys with low aluminium and/or titanium content
在具有低Al和/或Ti含量的Ni基高温合金中，在中间温度下γ '颗粒的沉淀和随后的粗化有助于合金的机械性能的劣化。本文通过对单个滑移刃型位错脱钉过程的统计分析，模拟了粗化过程，并计算了γ '粒子粗化引起的合金临界分辨剪应力的变化。发现γ硬化对973 K临界分解剪应力的贡献在不到一年的时间内减少到原来的一半以上。
2010-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic recrystallization in adiabatic shear banding: effective-temperature model and comparison to experiments in ultrafine-grained titanium
动态再结晶（DRX）常与绝热剪切带（ASB）一起在多晶材料中观察到。与剪切带外的材料相比，剪切带中的再结晶纳米晶粒具有很少的位错。在本文中，我们重新制定了最近发展的Langer-Bouchbinder-Lookman（LBL）连续多晶塑性理论，包括晶界的创建。虽然剪切带不稳定性的出现，因为热加热比散热快，再结晶被解释为熵效应产生的位错的产生和晶界的形成之间的竞争。我们表明，我们的理论密切配合最近的结果在剪切超细晶钛。因此，该理论提供了一种系统地描述剪切带和其中再结晶晶粒的形成的方法。
2018-01-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Temporal sequence of deformation twinning in CoCrNi under tribological load
摩擦学载荷下的微观结构演变被认为会改变整个摩擦学系统的摩擦和磨损响应。然而，人们还没有完全理解这些变化是如何在基本的、机械的层面上发生的。通过实验揭示摩擦载荷下变形机制的时间序列是罕见的。在变形孪生的情况下，离散的应变释放允许识别它们的时间序列。因此，中等堆垛层错能材料，即CoCrNi，由于在室温下的变形孪晶的整体变形的显着贡献进行了研究。所研究的谷物显示出三个激活的孪生系统。基于几种孪生相交机制，对这些演化序列进行了批判性的讨论。实验分析解码的时间序列的最高分辨率的剪切应力的主动孪生系统的第一次。这种方法给出了摩擦学负载下的应力场的实验指示。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Twinning induced by elastic anisotropy in FCC crystals
本文提出基于弹性各向异性理论和宏观能量视角的模型，预测FCC晶体中离散孪晶的临界分切应力，发现沿<112>方向施加剪切应力可促进孪晶形核，为准确预测孪晶条件提供指导。
2024-01-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Displacive model of deformation twinning in hexagonal close-packed metals. Case of the (90 deg, a) and (86 deg, a) extension twins in magnesium
提出了镁中伸展孪晶的晶体学位移模型。它是基于硬球假设以前用于马氏体相变。原子位移的建立，和均匀的晶格畸变解析表示为一个连续的角度畸变矩阵，采取通常的形式剪切时的失真是完整的。计算证明，发生的中间状态和孪生平面，即使不倾斜和恢复时的失真是完整的，是不是完全不变的体积变化的3倍。晶体学计算还表明，在镁纳米柱中观察到的（90度，α）孪晶和在体样品中观察到的（86度，α）孪晶来自相同的机制，唯一的区别是在后一种情况下减少应变所需的轻微结晶角（+/-3.4度）的存在。连续的功能之间的极图低取向差（86度，）的孪生变体预计，他们证实了EBSD地图上获得的变形镁单晶。由于拉伸孪晶的连续机制不是简单的剪切，本文提出了用中间畸变矩阵在最大体积变化处的值来代替通常的Schmid定律的“虚功”判据。它允许预测与负施密德因子相关的晶体取向的延伸孪晶的形成。
2016-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Macro deformation twins in single-crystal aluminum
纯铝中的形变孪晶被认为是纳米结构铝的独特性质。一个挥之不去的谜团是，变形孪晶是否发生在粗晶粒或单晶铝中，在纳米孪晶以上的尺度上。在此，我们提出了第一个实验演示宏观变形孪晶在单晶铝下形成的低应变率（$\sim$ 10 $^6$ s $^{-1}$），大剪切应变（200 $\%$）通过动态等通道转角挤压。形变孪晶的产生源于位错运动和孪晶的速率依赖性，这两个过程是在大应变速率下剧烈塑性形变过程中相互耦合、相互补充的过程。
2015-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamically-consistent derivation and computation of twinning and fracture in brittle materials by means of phase-field approaches in the finite element method
提出了一个预测两种各向异性脆性材料，即单晶镁和碳化硼的破坏行为的理论计算框架。本构方程推导，在小变形和大变形，通过使用热力学，以建立一个完全耦合和瞬态孪晶和裂纹系统。为了研究常见的变形机制（例如，孪生和断裂），采用基于Ginzburg-Landau的相场论与力学平衡方程耦合，在有限元模拟框架下对以下问题进行了整体求解：（i）二维单晶镁和碳化硼在简单剪切变形下的孪生演化;（ii）纯Ⅰ型和Ⅱ型载荷下镁的裂纹诱导孪晶;（iii）双轴压缩载荷下均匀单晶碳化硼的断裂研究。通过稳态相场方法验证了结果，并通过文献中的实验数据进行了验证。这种计算方法的成功依赖于使用两个不同的相场（顺序）参数有关的断裂和孪生。在基于Python的开源平台FEniCS中开发了基于有限元方法的代码。我们公开的代码和开发的算法可以扩展到动态加载或热激活机制下的相变的研究，其中各种变形机制之间的竞争占在当前的综合模型方法。
2022-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Core-structure and lattice resistance of twinning dislocations in fcc metals
具有面心立方结构的金属在特定条件下可能会表现出形变孪晶，这是它们形变行为中一个有趣但有些难以捉摸的方面。众所周知，这种现象是通过孪晶部分位错的活动而发生的。然而，缺乏一个全面的了解，他们的基本性质阻碍了详细的多尺度模型的发展，在fcc金属晶体塑性。在这里，我们探索的核心结构和晶格摩擦的孪晶偏通过原子告知数值模拟。为此，我们选择了四个面心立方晶体具有广泛不同的堆垛层错能。利用半离散变分Peierls-Nabarro模型计算了刃型和螺型孪晶位错的芯宽和Peierls应力。除了传统的层-层孪晶成核模型外，最近提出的交替剪切模型也被研究。在后一种情况下，已经观察到负稳定的故障能量，这是足够大，以克服Peierls障碍。这项研究还强调了将表面校正的意义，没有它会导致高估的孪晶位错的内在晶格电阻。
2020-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical Response of Mesoporous Amorphous NiTi Alloy to External Deformations
多孔钛镍化物由于其独特的物理和机械性能如形状记忆效应、高耐腐蚀性和生物相容性的组合而在各个行业中非常受欢迎。采用非平衡分子动力学模拟研究了多孔非晶钛镍合金在单向拉伸、单向压缩和均匀剪切下孔隙度对力学性能的影响。我们已经发现，多孔金属玻璃的特征在于与其晶体类似物相比，具有相对大的杨氏模量值。已经发现，具有多孔网络的系统表现出与抗拉伸和抗剪切相关的改进的弹性特性。含有孤立球形孔的系统更耐压缩，而不耐拉伸和剪切。这些结果可用于发展和改进非晶泡沫金属的制备方法。
2021-05-14 cond-mat.mtrl-sci
In situ TEM study of twin boundary migration in sub-micron Be fibers
六方晶体中的形变孪晶常被认为是弥补独立滑移系缺陷的一种方法。这种机制可能会加剧或关闭在小规模的晶体，其机械行为可以显着偏离散装材料。在这里，我们表明，亚微米铍纤维最初没有位错和拉伸测试原位在透射电子显微镜（TEM）变形的$\{ 10\bar{1}2 \}$ $\langle 10\bar{1}1 \rangle$双增厚。孪晶界的传播速度似乎完全由孪晶位错直接从表面成核所控制。产生的剪切与孪晶位错的重复横向运动相一致。我们表明，激活体积（$V$）与孪晶边界传播可以检索从测量的孪晶边界速度的应力降低，在一个经典的松弛力学测试。$V \approx 8.3 \pm 3.3 \times 10^{-29}m^3$的值与表面成核的预期值相当。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermally Activated Plasticity in Single-Crystal Titanium: A Molecular Dynamics Study of Nanoscale Deformation
本文利用大规模分子动力学模拟研究单晶α-Ti在不同取向和温度下的纳米压痕，揭示热激活如何调控位错形核、滑移系竞争及表面形貌。
2025-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Rolling contact fatigue deformation mechanisms of nickel-rich nickel-titanium-hafnium alloys
采用滚动接触疲劳试验和透射电镜研究了Ni 55 Ti45、Ni 54 Ti45 Hf 1和Ni 56 Ti 36 Hf 8合金的摩擦学性能和变形行为。使用聚焦离子束制备的机加工RCF棒的TEM结果显示了非常接近表面的一些损伤。初始RCF循环后的TEM结果表明，额外的损伤主要限于传播到样品中几微米的变形带。这些带通过局部位错滑移形成，可能在多个滑移系统上，在B2基体内和/或在反复施加的接触应力下在转变的B19主马氏体相内。Ni 55 Ti45和Ni 54 Ti45 Hf 1的进一步循环导致变形带内的强化沉淀物的剪切和溶解，随后形成纳米晶晶粒，最后使带内的剩余基体材料非晶化。与Ni 55 Ti45和Ni 54 Ti45 Hf 1合金（超过6微米）相比，Ni 56 Ti 36 Hf 8合金表现出RCF性能的显著增加和较小的损伤区域（1.5微米）。这归因于Ni 56 Ti 36 Hf 8合金中B2基体相的低分数（小于或等于13%），导致形成窄的变形带（小于11 nm），其不能溶解大得多的沉淀物。相反，变形带被限制在致密的立方NiTiHf和H相沉淀物之间的狭窄通道。相比之下，在Ni 55 Ti 45和Ni 54 Ti 45 Hf 1合金中观察到宽的变形带，伴随着剪切和Ni 4 Ti 3沉淀物的最终溶解，这是由于B2基体相的高面积分数（~ 49%）。
2020-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Shear Deformation of Nonmodulated Ni$_2$MnGa Martensite: An Ab Initio Study
本研究通过从头算模拟揭示Ni2MnGa非调制马氏体的剪切变形机制，发现Mn含量增强稳定性，纳米孪晶双层降低能垒并促进马氏体间相变。
2024-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of anatase-to-columbite TiO2 phase transformation via sheared phases: first-principles calculations and high-pressure torsion experiments
本研究结合第一性原理计算与高压扭转实验，提出并验证了剪切晶体结构作为中间相的机制，揭示了剪切应变加速锐钛矿至铌铁矿型TiO2相变的原理。
2024-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics study of diffusionless phase transformations in HMX: $β$-HMX twinning and $β$-$ε$ phase transition
本文用分子动力学模拟揭示$β$-HMX在不同应力和温度下的无扩散形变孪晶及高压$β$-$ε$相变机制，并构建两相共存曲线。
2023-09-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Structures and Properties of $β$-Titanium Doping Trace Transition Metal Elements: a Density Functional Theory Study
为了探讨过渡金属X（X=Ag，Cd，Co，Cr，Cu，Fe，Mn，Mo，Nb，Ni，Pd，Rh，Ru，Tc，Zn）对$β$ -钛体系稳定性的影响机制，我们采用密度泛函理论（DFT）对Ti $_{0.98}$ X $_{0.02}$体系的结构、生成焓、生成自由能、弹性常数和电子结构进行了系统的计算.根据我们的计算，生成焓和自由能的结果表明，微量X的加入有利于$β$ -钛的热力学稳定性。这种行为可以用态密度（DOS）很好地解释。而Ti $_{0.98}$ X $_{0.02}$体系的四元剪切模量为负值，表明低X掺杂的$β$ -钛体系在0 K下仍是弹性不稳定的.因此，我们从理论上解释了掺杂有痕量过渡金属X的$β$ -钛在基态是不稳定的。
2020-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microstructural Origins of Plastic Work Partitioning during Deformation of 310S TWIP Steel
Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院基础技术研究所）
研究揭示了310S TWIP钢在塑性变形中能量存储的微观机制，发现孪生活动和晶格旋转降低材料能量存储能力，促进剪切带变形。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Automated Identification and Tracking of Deformation Twin Structures in Molecular Dynamics Simulations
本文提出一种集成于OVITO的新型计算工具，可自动识别、验证并追踪分子动力学模拟中的形变孪晶结构，通过铜单晶剪切实验验证其有效性，为计算材料科学提供深刻见解。
2023-11-06 cond-mat.mtrl-sci
The structure and migration of twin boundaries in tetragonal $β$-Sn: an application of machine learning based interatomic potentials
本文开发并公开适用于 Sn 的 MTP 与 RANN 机器学习原子间势，结合 TEM、原子模拟和双晶学揭示 β-Sn 孪晶界刻面结构及剪切耦合迁移机制。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale modeling of plastic deformation of molybdenum and tungsten: I. Atomistic studies of the core structure and glide of 1/2<111> screw dislocations at 0 K
体<111>心立方金属的塑性形变主要由1/2螺旋位错控制。这些位错在0 K的滑移的原子研究已经进行了使用键级电位为钼和钨，占混合金属和共价键在过渡金属。当在滑移方向施加纯剪应力时，钼显示出显著的孪晶-反孪晶不对称性，但钨没有。然而，对于拉伸/压缩载荷，施密德定律在两种金属中都失效，主要是由于垂直于滑移方向的剪切应力的影响，该剪切应力改变了位错核心。认识到这一现象的基础上，发展的物理为基础的屈服准则，捕获的崩溃施密德定律BCC金属。此外，位错滑移可能是最好的{110}平面以外的最高应力，这是在许多BCC金属中观察到的反常滑移的回忆。
2008-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Quantification of plastic deformation in anorthite using micropillar compression
GFZ Helmholtz Centre for Geosciences（GFZ德国地球科学研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本研究利用微柱压缩实验定量测量了钙长石不同滑移系和机械孪晶的强度，发现孪晶最易激活，滑移强度随温度变化，为理解地壳流变提供了关键数据。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Experimental and numerical analysis of cyclic deformation and fatigue behavior of a Mg-RE alloy
Mg-1 Mn-0.5Nd合金的应变控制疲劳合金进行了实验和模拟研究。显微组织由分散的强织构晶粒（13%）嵌入具有随机织构的晶粒基体中组成。循环应力-应变曲线显示有限的拉压各向异性，因为有限的织构。由于孪晶的存在，压缩下的循环硬化和拉伸下的循环软化发生。此外，断裂试样的孪晶体积分数取决于试样是在拉伸还是压缩下断裂，表明在整个疲劳寿命期间都会发生孪晶-去孪晶。采用计算均匀化方法模拟了多晶合金的力学响应。使用现象学晶体塑性模型对Mg晶粒的行为进行建模，该模型考虑了基底、棱柱和锥体滑移（包括各向同性和运动硬化）以及孪晶和去孪晶。模型参数由不同循环应变幅下的循环应力-应变曲线标定。数值模拟被用来了解占主导地位的变形机制，并预测疲劳寿命的疲劳指标参数的基础上，在每个疲劳周期的累积塑性剪切应变的装置。
2020-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Discrete Dislocation Dynamics Modeling of Nanotwinned Materials: Orientation Effects in a Multilayer Twinned Structure of Copper
Applied Mechanics and Structure Safety Key Laboratory of Sichuan Province, School of Mechanics and Aeronautics（四川省力学与结构安全重点实验室，力学与航空学院）；Department of Materials Science and Engineering, Institute of Materials Simulation WW8, Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡大学材料工程系，材料模拟研究所WW8）；Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所）
本研究通过位错动力学建模探讨纳米孪生铜多层结构中孪界取向对变形的影响，揭示了孪界在不同变形机制中的各向异性特征。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci
