题目：Cross-slip of extended dislocations and secondary deformation twinning in a high-Mn TWIP steel

第一作者：沈书成

通讯作者：伍翠兰

通讯单位：海南大学

期刊：International Journal of Plasticity

DOI：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.103922

1. 背景介绍

高锰TWIP钢作为一种典型低层错能合金钢，其综合力学性能与塑性变形过程中的微结构演变密切相关。然而，高锰TWIP钢塑性变形过程中的微结构演变（包括位错滑移和奥氏体孪生）是一个热力学非平衡态的动态演变过程，难以通过离位的传统电镜技术进行探明，这导致低层错能材料中的位错滑移和奥氏体孪生机制一直存在争议。因此，如何准确的揭示高锰TWIP钢塑性变形过程中的位错滑移和奥氏体孪生机制具有重要的科学意义。

2. 主要内容和亮点

图1展示了高锰TWIP钢早期塑性变形过程中位错滑移的原位透射电镜表征结果。在塑性变形早期就观察到了大量的扩展位错的交滑移现象，并原位证实了由位错塞积导致的不全位错的FE交滑移模型。

图 1 原位TEM表征扩展位错的平面滑移和由位错塞积导致的交滑移，证实了不全位错的FE交滑移模型

图2展示了不全位错通过位错反应完成交滑移的过程。可以观察到，不全位错从初始滑移面通过位错反应交滑移至共轭滑移面，并在共轭滑移面上形成的层错，这是典型的不全位错的FL交滑移模型。除此之外，通过交滑移形成的大量稳定的层错的有序堆积会诱导形成奥氏体孪晶，实验后同一位置的TEM照片和对应的选区电子衍射花样（图3）也证实了交滑移平面上孪晶的形成。

图 2 原位TEM表征不全位错通过位错的反应完成的交滑移现象，证实了不全位错的FL交滑移模型

图 3 原位实验过程大量的交滑移行为导致奥氏体孪晶的形成

图4展示了从晶界发射出大量的不全位错，这些不全位错一部分会追赶上领头位错形成扩展位错继续向前滑移，导致位错的增殖，另一部分会形成稳定的层错，这些稳定层错的有序堆积会诱导一次孪晶的形成。

图 4 晶界发射出大量稳定的层错

表1展示了原位实验中观察到的位错反应的能垒计算结果。无论是扩展位错的FE交滑移还是包含两个30°不全位错的扩展位错的FL交滑移，其交滑移过程中发生的位错反应的能垒均比较小，并且均不容易形成稳定的层错，而由一个30°不全位错和一个90°不全位错组成的扩展位错的交滑移过程中容易形成稳定的层错，稳定的层错的有序堆积最终诱导了奥氏体二次孪晶的形成。

表 1 原位实验过程中观察到的位错反应的能垒的计算结果

图5展示了奥氏体孪晶形成机制的示意图。基于原位的TEM实验和能垒的计算结果，奥氏体一次孪晶的形成是通过晶界发射的不全位错形成的层错所导致的，二次孪晶由扩展位错的交滑移诱导形成，并且，只有包含了一个30°不全位错和一个90°不全位错的扩展位错的交滑移，通过引入弗兰克不全位错诱导形成奥氏体二次孪晶。

图 5 奥氏体孪晶形成机制的示意图

3. 总结和展望

本文通过先进的原位电镜技术揭示了高锰TWIP钢塑性变形过程中的位错滑移和奥氏体孪生机制，该研究结果可以加深对低层错能金属材料塑性变形过程微结构演变规律的理解。