应变诱导相变临界分切应力的实验测定及其在TRIP合金中的关键作用

本研究通过高能衍射显微镜（HEDM）技术，首次在三维多晶聚集体中测定了Fe38.5Mn20Co20Cr15Si5Cu1.5亚稳态合金应变诱导γ-fcc→ε-hcp相变的临界分切应力（CRSS），揭示了Schmid因子法（89±12 MPa）与HEDM实测值（86±3 MPa）的高度一致性，为TRIP合金的相变激活机制和晶体塑性模拟提供了精准参数。

　　

金属材料的延展性与其应变硬化能力密切相关，但传统方法在动态恢复过程中难以平衡位错存储与消耗，最终导致应力集中区域形成空洞而失效。为突破这一瓶颈，机械孪生和应变诱导相变（TRIP）等次级变形机制的激活成为关键。然而，如何精确测定这些机制的临界分切应力（CRSS）一直是领域内难题——传统泰勒因子法假设五个滑移系同时启动，而二维电子背散射衍射（EBSD）仅能捕捉表面信息，均无法反映三维多晶体的真实加载状态。

针对这一挑战，美国北德克萨斯大学Roopam Jain团队在《Scripta Materialia》发表研究，首次利用高能衍射显微镜（HEDM）技术，在Fe_38.5Mn₂₀Co₂₀Cr₁₅Si₅Cu_1.5亚稳态TRIP合金中实现了γ-fcc→ε-hcp相变CRSS的三维原位测定。研究人员通过HEDM跟踪高相变倾向晶粒的应力演变，以应力骤降伴随新ε-hcp晶粒形成为标志，结合Schmid-Nishiyama取向关系验证，最终锁定相变CRSS为86±3 MPa。这一数值更接近Schmid因子理论值（89±12 MPa），证实了低层错能合金中平面滑移的主导地位，为晶体塑性模型提供了可靠参数。

关键技术方法包括：1）采用HEDM同步采集三维晶粒取向、质心位置和弹性应变张量；2）通过Vorono?镶嵌构建数字孪生模型，与EBSD表面数据交叉验证；3）基于Thompson四面体分析12组{111}<112>滑移系的分解剪切应力。

研究结果

晶粒尺度应力演化

滑移主导晶粒（如T1-T4）呈现低强度与平缓硬化曲线，而相变倾向晶粒则表现出应力骤降特征。例如T3晶粒在ε-hcp带形核时出现单次应力降（85 MPa），其他晶粒因多ε-hcp细带形成显示多次降幅。

相变取向验证

通过{111}_γ与{0002}_ε极图比对，证实新生ε-hcp晶粒与母相γ-fcc符合S-N关系，应力骤降点与相变启动直接关联。

CRSS对比

HEDM实测CRSS（86±3 MPa）显著优于泰勒因子法（62±7 MPa），其微小标准差凸显了全应力张量分析的优势，而Schmid因子法的接近性（89±12 MPa）揭示了平面滑移的优先性。

该研究不仅建立了HEDM测定相变CRSS的新范式，更通过三维应力场解析突破了传统方法的维度局限。所得CRSS参数可优化TRIP合金设计，通过精准调控次级变形机制激活时机，实现延展性-强度-韧性的协同提升。此外，研究揭示的平面滑移主导现象为低层错能合金的变形机制研究提供了新视角。