文丨清河叙
编辑丨清河叙
前言
近年来，微带和剪带这两种结构在塑性流动定位和变形过程中引起了研究人员的广泛关注。尽管已经过去了70年，实验研究仍未完全了解这些带的性质。
最新的研究表明，在不同金属和合金的变形过程中，当细胞结构发生破坏后，这些微带和剪带结构会出现，并且在各个变焦水平上都能观察到其定位变形。
考虑到塑性变形远离热力学平衡的特性，我们提出了一种协同模型来解释金属晶体中这些结构形成的机制，并且阐明了这些带结构对于塑性变形的重要性。
此外，材料的微观反应与宏观传导之间的关系对于质量传递过程至关重要。然而，现有的理论模型往往未能考虑到材料在外部机械场下的微观反应与宏观传导之间的联系。在晶体材料的塑性变形理论中，微带结构的性质和功能仍然是一个核心问题。
虽然自组织结构在变形过程中的出现已经得到了研究，但这个问题仍然没有得到充分的探索。最近的研究发现，在不同金属和合金的变形过程中，微带和剪带结构会在细胞结构破坏后出现，并在各个放大水平上都能观察到其定位变形。
哪一种结构的形成有可能防止塑性变形过程中材料的退化和破坏？
这种结构只能由晶体在变形过程中的自组织而形成，并提供不同的塑性流动机制。需要满足以下条件。
- 该过程必须是合作的，即，它必须同时发生在变形材料的不同结构尺度的水平上。
- 协同结构必须在不同的结构尺度上具有形态上的自相似性，即层次结构。
- 变形试样中所有结构形成层次的相互作用是必要的。
对金属材料变形结构形成的实验结果和理论研究表明，有可能通过液体样结构（片带，微带）的通道将塑性流动机制从位错滑移转变为流体动力流动。
这些结构元素定位了塑性流动，而这些地层外的材料结构保持不变，而水动力通道内部的结构被空位和空位簇所丰富。它提供了套管内的水动力流动。
研究表明，缺陷在初始材料中会导致塑性变形伴随着早期空位的形成和位错迁移过程中空位团簇的形成。且这些空缺缺陷的自组织性是在外部机械场的作用下发生的，并以带的形式形成非晶结构。
这些形成可以看作是HC的一个核，空位缺陷的局部化不仅在类液体结构的微带中产生，还在负载下可以增加。
自20世纪中期以来，科学论文开始涉及新的变形结构元素，这些元素是条带（SBs和MBs），形态学上不同于已知的细胞结构。这些工作详细描述了这些结构元素在负载下的行为。
研究使用透射电镜法揭示了多晶铜轧制过程中的SBs和MBs，并观察了微带结构元素的变形定位，但没有发现位错滑移线的痕迹。
因此，根据研究结果可以得出以下结论：
- 微晶体是单晶和多晶合金中塑性变形的局部化区域。
- 微带的方向与位错滑移的轨迹不一致；在滚动过程中，微带向滚动平面倾斜350角。
- 微生物在大部分区域与细胞和晶界相交，而不改变方向。
微带和微带带状结构
通过分析，研究提出微带的形成是变形结构分岔过程的证据，这表明微带具有协同性。
微带是晶体在塑性变形过程中自组织的结果，可以促进变形的延续，因为存在微带的塑性流动可以通过通道（微带）中的均匀传质实现。透射电镜法研究了不同压缩程度滚动变形的钨的结构。
尽管样品是在变形过程完成后进行研究的，但在结构形成的过程中已经观察到了顺序阶段。结果表明，缺陷系综的自组织发生在变形晶体中，能带结构是在完全混沌的缺陷集合中构思的，而不是在从细胞到碎片的连续过渡等加载过程中形成的。
因此，钨中变形结构形成的基本阶段是先前形成的子结构的消失阶段，即所谓的结构不稳定性。此外，研究还发现，位错滑移不参与变形表面浮雕的形成，挤压密度明显较小是由于空位缺陷参与了浮雕的形成。
研究发现，在两个试验面的浮雕中，局部塑性流动的MBs和SBs区域形成了浮雕带，表面的变形缓解是通过整个单晶膜在垂直于表面的方向上传质的结果。通过比较表面和浮雕地层内部的浮雕图像，可以确定这些地层在不同结构尺度水平上的形态自相似性。
此外，研究了多晶样品和传感器的力学性能，结果表明，晶体比多晶样品在受载时会发生更多的变形，导致晶体中产生多余的场应力。然而，单晶可以在垂直于其表面的方向上改变其形状，这种变化与晶体密度的降低有关。
在非热力学平衡条件下增加能量流时，晶体材料密度的降低是由于空位团簇的自组织所致，这导致晶体结构不稳定并进一步自组织。
利用透射电子显微镜研究了单晶铝在循环变形条件下最低尺度下的MBs形成，发现它们位于较高尺度的带内，与以往的MBs和SBs结构相同。
在单晶铝膜的所有尺度上，MBs和SBs的形成使得塑性变形取代了由于流体动力流动中MBs和SBs的形成而引起的位错滑移，这种结构与空位缺陷的局部化直接相关。
在一定条件下，唯一可能的变形机制是通过流体动力通道（HC）的塑性流动，因为流体动力通道（HC）外的材料结构实际上是保持不变的。多组分合金在脉冲载荷下的软化尚未得到充分研究。
机械效应条件的关键因素
然而化学成分不同的金属和单相合金在静压应力作用下的塑性增加需要更详细的物理研究。塑性变形后的TEM研究发现了微带（MBs）在外部机械场最大张量分量方向上的形成。MBs和SBs的形成促进了变形过程，这种结构转变只在加载过程中发生。
因此，由于机械效应条件（速度、温度、加载类型）的任何变化，协同带结构（MBs和SBs）的形成都会增加材料的变形能力。
此外，试验材料和其他多组分合金的加载过程可能按以下顺序进行。材料在加载的初始阶段的塑性变形是通过移动缺陷（位错、偏移及其复合物）进行的。在低速的塑性流动和多晶样品中明显的相互作用和缺陷的产生时，缺陷的运动受到了阻碍。
这一方面导致了抑制，有时甚至导致了变形过程的结束，另一方面又导致产生了大量的空缺型缺陷。然而，结构不稳定性的进一步结构自组织要求塑性变形的延长。
因此，载荷的突然变化有助于材料在基本非平衡条件下的自组织，特别是在远未发生的塑性变形过程中。这些加载机制使获得作为协同微带结构的控制结构形成成为可能。
在外部机械场的影响下，带内的液体样结构有助于材料的水动力塑性流动。这种非晶结构在卸载后弛豫相变为微晶提供了一个相对稳定的纳米结构。
然而，在这些条件下，实现了另一种塑性流动的机制，这是由于内部具有类液体结构的水动力流动通道形式的结构的自组织。
而改变外部机械场（脉冲载荷）的参数有助于该结构的形成。这种结构被空位缺陷饱和，有助于粒子在任何外部能量影响下的溶解。此外，在预测非相合金的重要机械稳定性时，必须考虑到这一点。
结果表明，通道的内部结构一定有助于物质的流动。因此，通道内部的结构很脆弱，类似于液体，由于存在大量的空位缺陷，与晶体结构不同。
在初始状态有缺陷的晶体中，空位量的倍数增加及其随后以通道核的形式自组织可能是由于步骤的螺钉位错的运动。
不幸的是，目前晶体材料的塑性变形理论没有考虑到改变变形机制，当系统远离热力学平衡时，改变的可能性，特别是线性物理定律，特别是位错理论没有应用。预测晶体材料在塑性变形和疲劳行为中的力学性能是不可能的，这是解决实际问题的一个重要缺点。
因此，我们试图将非线性过程的塑性变形检验理论引入到远离热力学平衡的晶体中。其中最重要的是以HC形式存在的结构的自组织，它将塑性变形的机制从位错滑动转变为水动力塑性流动。
结构形变与金属塑性性能关系的解析
HC中的物质的密度明显低于原始晶体的密度，这使得我们可以将其结构表示为晶体，被空位和空位团岩强烈扭曲。
研究表明，在应力集中区域的链中振荡的原子会产生空位，并在某些条件下形成有序结构，导致原子空位态的微体积中出现，这是水动力通道的核。通过它发生在体积中局部的物质的粘塑性流动。
此外，模拟中原子的行为受周围原子的影响，这些影响可以通过边界条件进行估计。我们使用了周期边界条件，在IMPNASU簇上进行模拟，因为计算大量的原子和各种场景需要足够的资源。
通过研究了单晶、多晶金属和合金的变形结构形成。结果表明，金属材料在塑性变形过程中结构的形成可以在以下两种情况下实现：
- 弛豫结构的形成-细胞和多边形结构的形成，再结晶。它有助于降低内应力，但在变形过程中不起积极的作用。
- 变形晶体协同结构形成。金属材料在塑性变形过程中的协同结构形成是通过均匀传质的成核和演化通道进行的，其中包含一个非晶态（类液体）结构。
此外，在大多数真实的金属和合金中，由于晶体结构存在缺陷，位错滑移先于通道的形成。在塑性变形条件下，各种障碍抑制了位错的运动。这导致了热力学系统的自组织，形成了一个有助于该系统在能量场中“生存”的结构。
塑性变形晶体材料中的结构以微带和剪切带形式存在于材料（HC）水动力流动的通道中。研究观察到带结构元素，但没有将这些结构与变形机制的变化联系起来。
在我们的研究中，首次将这些结构与塑性增加联系起来，并证实了随着外部机械场（脉冲载荷）的变化，材料显著软化，塑性增加。对MBs和SBs内部结构的研究表明，它们内部存在空位缺陷的定位。
结果表明，塑性传质带的定位是由于液体样非晶结构的形成，支持了晶体材料在其中的流体动力流动。给出了在单晶态和多晶态金属中以及在多相技术金属合金中以HC形式形成协同结构的例子。
结论
根据这些结果，我们认为位错滑移不是晶体材料塑性变形的唯一可能机制，外加力学场可能会发生塑性形式的变化。这是因为塑性变形发生在远离热力学平衡的条件下，非线性物理定律起作用。
综上所述，金属材料中的水动力塑性流动是一种重要的变形机制，在塑性变形过程中发挥着重要作用。通过研究金属中的结构形成和通道的形成，我们可以更好地理解水动力塑性流动的本质和机制。
这种变形机制的理解对于优化材料的力学性能和疲劳行为非常重要，并且将有助于开发更加高效和可靠的金属材料。因此，我们可以预计，在未来的研究中，水动力塑性流动将继续受到关注，并且将在材料科学和工程领域中发挥重要作用。
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