text: 北工大&浙大《IJP》：原位研究IN718晶间滑移传递行为
  Inconel 718（IN718）合金以其优良的高温综合性能，广泛应用于制造航空发动机热端部件，其工作温度在400 ℃至650 ℃。如同其它多晶材料一样，由于位错与晶界之间可能发生的多重相互作用，其力学行为在很大程度上由晶界所控制，因此研究晶界行为很有必要。有充分的实验证据表明，当传入和传出滑移系统良好对准时，滑移传递可以在晶界发生。通过在扫描电子显微镜（SEM）中应用电子背散射衍射（EBSD）技术可以获得大量观察结果，该技术与滑移迹线分析相结合，有助于确定是否在晶界发生滑移传递。之前基于室温实验的统计结果对于预测晶界行为是有意义的，但需要注意，高温对晶界的弱化可能导致更激烈的位错-晶界相互作用。因为实验设备的限制，在高温下开展晶界滑移传递的试验工作仍然具有挑战性。考虑到镍基高温合金如IN718在高温下服役，因此原位研究高温下的晶界滑移传递行为，对进一步认识位错滑移对材料服役性能影响更有意义。近日，北京工业大学和浙江大学张跃飞课题组，采用自主开发的原位高温力学测试系统，原位观察了IN718在650℃的微观塑性变形行为，证明了单个晶界的行为可以被隔离并直接观察。基于连续分布位错力学理论和实验数据建立融合材料真实取向和微观结构的晶体塑性模型，定量研究了晶界滑移传递行为。相关论文以题为“In-situ study of adjacent grains slip transfer of Inconel 718 during  tensile process at high temperature”发表在International Journal of Plasticity。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641923000402自主开发的原位高温拉伸设备，主要由拉伸台和加热器组成。测试装置在SEM中的布置如图1(a)所示。图1(b)为拉伸台夹具、样品、加热器位置关系截面图，其中拉伸台的左右夹具由多级减速传动系统驱动，实现中心对称双向拉伸，保证拉伸过程中观测的变形区域始终在SEM视场之内。加热器的加热芯与样品标距段微接触进行传导加热，K型热电偶与样品标距段下表面接触以测量温度。在测试过程中，可以随时暂停，传动机械具有自锁功能可以保持样品的保载状态。同时，可以对感兴趣的目标区域进行SEM成像观察及采用Oxford Symmetry探测器进行EBSD测试。图1 用于原位拉伸试验的样品制备和拉伸测试系统。(a)嵌入SEM腔室的原位高温拉伸台系统和(b)主要工作部分截面图。晶体塑性有限元模型（CPFEM）建模过程如图2所示。通过应用Channel 5软件平台对EBSD数据进行处理获得检测区域的反极图如图2(a)。将图2(a)作为兴趣区域，提取晶界和晶粒取向欧拉角，分别如图2(b)和(c)。然后对图2(b)的尖锐边缘进行平滑处理后施加到ABAQUS中，以建立准三维微观几何模型，如图2(d)。把图2(c)中晶格的欧拉角赋予为模型中对应单元的取向，并对各晶粒进行着色以区分材料属性。图2 CPFEM建模过程。(a)兴趣区域的反极图。(b)晶界形貌。(c)欧拉角分布和(d)几何模型。图3 IN718在650℃的微观塑性变形。(a)和(b)分别是在0%和1.43%应变时的KAM图。(c)和(d)分别是在4.44%和7.25%应变时的SEM图。GB1，GB2和GB3局部呈现不同的晶格转动和应力集中行为。图4原位SEM图用于分析滑移迹线。(a)-(f)是BC1、BC2和BC3试样分别在1.43%和7.25%应变时的SEM图。可以清晰的看到相邻晶粒中主要启动的滑移系是否在晶界出现几何对齐和晶界局部的形貌。图5 工程应变7.25%时三个试样塑性滑移分布。(a–d)分别对应为G92的γ2、γ3和G61的γ11、γ9。(e–h)分别对应为G57的γ4、γ7和G67的γ2、γ10。(i–l)分别对应为G10的γ2、γ11和G9的γ2、γ10。用以说明相邻晶粒主要启动的滑移系的位错滑移在晶界是否具有连续性。图6 滑移传递的几何标准。一般晶界中(a)和(b)作为κ的函数。(c)孪晶界中作为(1/b)的函数。一般晶界中(d)和(e)作为(1/b)的函数。分别采用参与滑移传递的数据点和阻塞晶界两侧启动滑移系的数据点。本研究结合原位SEM技术和CPFEM定量研究了晶界滑移传递行为。研究发现准则比准则更敏感地反映通过滑移传递激活的滑移系，这表明在评估滑移传递行为时θ角比ψ角更重要。当ψ角小于35°时，准则对确定滑移传递激活的滑移系是敏感的。对于一般晶界，滑移传递倾向于发生在&gt;0.83并且(1/b)&lt;0.44，或者&gt;0.82并且(1/b)&lt;0.46；当&gt;0.92或者&gt;0.93时，具有持续的滑移传递行为。对于孪晶界，发生滑移传递的充要条件是≈0且Δb/b&lt;0.6。先变形晶粒的应变强化作用提高相邻晶粒上的应力，从而促进了滑移传递，而良好的几何相容性为位错穿过晶界提供了通道。基于本文提供的方法和研究成果，可以基于合金变形前的EBSD信息，方便、快速的预测合金在塑性变形过程中相邻晶粒的滑移传递/阻塞行为。北京工业大学吕俊霞副教授和浙江大学张跃飞教授为本文的共同通讯作者。吕俊霞：主要从事激光增材制造钛合金、镍基高温合金组织调控与性能表征；主持国家和北京市自然科学基金、GF科技173计划等多个课题，在International Journal of Plasticity、Materials &amp; Design、Materials Science &amp; Engineering A等国内外期刊发表论文50余篇。张跃飞：中国科协求是杰出青年科技成果转化奖获得者，北京市长城学者，美国麻省理工学院核科学与工程系访问学者，香港城市大学高级研究员；长期从事原位电子显微学相关方法和仪器开发，研究成果获国家自然科学二等奖、北京市科学技术奖一等奖、入选中国高等学校十大科技进展等。*感谢论文作者团队对本文的大力支持。本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。