《Materials & Design》：A criterion for slip transfer in Ti-6Al-4?V determined using HR-DIC: toward a quantitative assessment of slip length in microtextured regions
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钛合金的力学性能对部件设计至关重要。提升预测能力需要能够捕捉微织构对塑性变形发展影响的工具，其中晶界特征决定了长程应变局部化，并对多种性能产生不利影响。本研究利用高分辨率数字图像相关(HR-DIC)与电子背散射衍射(EBSD)表征了滑移带与α/α晶界的相互作用
钛合金的力学性能对部件设计至关重要。提升预测能力需要能够捕捉微织构对塑性变形发展影响的工具，其中晶界特征决定了长程应变局部化，并对多种性能产生不利影响。本研究利用高分辨率数字图像相关(HR-DIC)与电子背散射衍射(EBSD)表征了滑移带与α/α晶界的相互作用，统计分析了滑移传递现象并确定了一个预测判据。该方法能够可靠识别活跃滑移系，并考虑其竞争性开动。研究发现基面滑移和棱柱面滑移占主导，而型一级锥面滑移（位错沿更高指数滑移面运动）可克服不利于滑移传递的条件。收集的数据集用于验证已有指标并确定最佳分类性能的阈值，结果表明结合几何兼容性参数(m′)与基于施密特因子的参数可获得优异预测效果，且该判据对宏观应变水平不敏感。最后，研究计算了不同微织构程度微观结构的有效滑移长度分布，为钛合金微织构敏感的力学性能预测提供了应用前景。
研究背景与意义
α+β钛合金因其优异的力学性能被广泛应用于航空航天领域，但传统制造工艺会在材料中形成由取向相近α晶粒组成的微织构区域（亦称宏区）。这些区域对包括疲劳寿命在内的多种力学性能具有显著的不利影响，尤其是驻留疲劳性能对宏区的存在极为敏感。已有研究表明，低角度晶界处的滑移传递会导致有效滑移长度增加，从而在微织构区域内形成长程应变局部化，但现有滑移传递判据在钛合金中缺乏足够的实验验证与适用性分析。此外，α/β相界面通常被视为弱障碍，而α/α晶界则是钛合金中的主要硬化来源，其滑移传递机制尚不完全清楚。针对这一问题，研究人员开展了系统的实验与统计分析，以确定适用于Ti-6Al-4V的滑移传递判据，并量化微织构对有效滑移长度的影响。该研究成果已发表于《Materials》。
主要技术方法
研究人员采用经两步热处理获得的等轴α晶粒Ti-6Al-4V合金样品，通过狗骨状拉伸试样在不同宏观应变水平下进行加载，并利用高分辨率数字图像相关(HR-DIC)结合电子背散射衍射(EBSD)表征滑移活动与晶体学取向。滑移系识别采用Heaviside-DIC方法，避免了传统滑移迹线分析中依赖施密特因子假设带来的偏差。统计分析了182个α/α晶界处的滑移带相互作用事件，并基于几何兼容性参数(m′)、施密特因子(SF)、归一化施密特因子(nSF)、位错塞积应力参数(N)等指标，使用F1分数优化阈值，最终建立了结合m′与平均归一化施密特因子(anSF)的滑移传递判据。
研究结果
3.1 变形机制统计
3.2 宏观应变对滑移传递的影响
在0.35%与0.75%两种应变水平下，未观察到从“阻塞滑移”到“滑移传递”的转变，且m′分布相似，表明滑移传递类型在低应变阶段已基本确定，并在后续变形中保持稳定。
3.3 应力相关指标
统计分析显示，滑移传递事件倾向于具有更高的N值与anSF值，但N单独预测的F1分数为0.59，低于anSF的0.50，说明晶界处局部位错塞积应力并非主要驱动因素，而晶粒尺度的分解剪应力对滑移传递有重要影响。
3.4 几何兼容性相关指标
m′在区分滑移传递与阻塞方面表现最佳，阈值为0.66时F1分数达0.75，优于Δb/b与ψ指标，表明滑移面法向与滑移方向的共同对齐对滑移传递至关重要。
3.5 判据组合优化
结合anSF与m′的判据获得最高F1分数0.85（anSF阈值0.40，m′阈值0.66），反映了高几何兼容性与足够力学驱动力共同促进滑移传递的机制。
讨论与结论
HR-DIC方法避免了传统滑移迹线分析中依赖最大施密特因子假设导致的误判，尤其在外来滑移系识别中具有优势。宏观应变水平对滑移传递判据影响有限，这与钛合金中滑移的平面性特征有关。几何兼容性参数(m′)与平均归一化施密特因子(anSF)的组合判据在Ti-6Al-4V中具有广泛适用性，并可能推广至其他HCP金属。锥面及更高指数滑移面的开动可在几何兼容性不足时提供替代路径，从而解释了微织构区域中频繁滑移传递的现象。基于该判据开发的程序成功量化了微织构对有效滑移长度的影响，为钛合金微观组织-性能关系预测提供了新工具。
结论部分翻译
本研究确定了Ti-6Al-4V中等轴α晶粒α/α晶界的滑移传递判据，得出如下结论：HR-DIC是可靠的滑移系识别技术，可避免传统方法高达35%的外来滑移系误判；宏观应变在0.3%~1.2%范围内对滑移传递影响可忽略；结合m′与anSF的判据预测性能最优（F1=0.85）；滑移面与滑移方向的同等对齐对传递至关重要；晶粒尺度分解剪应力虽非外来滑移系选择的主要驱动因素，但对长程滑移发展必不可少；锥面及高指数滑移面可在不利条件下实现滑移传递；基于该判据可有效预测微织构对有效滑移长度的分布影响。
