镁合金因其低密度和高比强度，被视为航空航天、轨道交通等领域轻量化的理想材料。析出强化是提升镁合金强度的重要策略之一。因此，深入全面理解析出强化具有重要的科学和工程意义。通常，学界在评价和研究镁合金的析出强化时会忽略加载方向（拉伸/压缩）。但是，最新的研究表明，位错并不总是绕过析出相，在特定的条件下也会切过析出相。再考虑到镁合金中普遍存在的拉压不对称性。那么，在拉压加载下，位错与析出相的交互作用是否会不同？由此导致的析出强化效果是否会不同？换句话说，镁合金的析出强化是否会具有拉压不对称性？将是一个有趣的问题。

近日，我院尹冬弟教授、博士生倪然等在无织构、无孪晶的析出强化型镁合金（Mg-10Gd-3Y-0.5Zr）中，首次发现了析出强化效果在拉伸与压缩加载下存在显著差异，即析出强化的拉压不对称性。通过系统分析晶粒尺度滑移活性、原子尺度位错-析出相交互作用，结合CRSS的定量计算，揭示了其微观机制。此研究提醒我们在研究镁合金时效强化时必须要考虑其加载方向，为全面理解和调控镁合金析出强化提供新见解。相关工作以“Unveiling asymmetric precipitation strengthening during tension and compression via statistical slip activity analysis for an untextured Mg-10Gd-3Y-0.5Zr alloy”为题发表在金属材料和固体力学领域高水平期刊International Journal of Plasticity。论文主要合作者还包括辽宁材料实验室周浩、密歇根州立大学Carl Boehlert、重庆大学郑江、上海交通大学王渠东等。

论文链接:

https://authors.elsevier.com/a/1l2xs2gSkSfV%7El

图1 图表摘要：析出强化拉压不对称性及其微观机制

本工作结合准原位SEM-EBSD和TEM等实验手段，通过对滑移模式的激活规律、位错与析出相的交互作用、CRSS比、CRSS增量的统计与定量分析，揭示了该合金中的析出强化的拉压不对称性及其微观机制。主要发现如下：

1. 宏观屈服强度的析出强化拉压不对称性：时效处理后，拉伸屈服强度提升73%（+103 MPa），而压缩屈服强度仅增加11%（+25 MPa）。

2. CRSS比的变化：时效处理后，角锥面滑移的CRSS比率在拉伸中提升3倍以上，而压缩中仅提升不足2倍，表明拉伸时时效强化效果更显著。

3. 位错-析出相交互作用：TEM观察表明，拉伸时位错以Orowan绕过析出相为主，而压缩时位错以切过析出相为主。理论计算表明，Orowan绕过机制的强化效果显著高于剪切机制。这也与拉伸时更显著的析出强化效果相符。

感谢国家自然科学基金（No. 52171125）和四川省科技项目（No. 2024NSFSC0193）对本研究的资助。感谢西南交大分析测试中心在电镜测试中提供的帮助。

作者简介：

倪然，西南交通大学材料科学与工程学院，博士研究生。主要从事镁合金协调变形机制及拉压不对称性的研究；获得西南交通大学“优秀研究生”以及中国有色金属学会颁发的“新材料优秀青年(研究生组)”荣誉称号；在Int. J. Plast.、J. Mater. Sci. Technol.、Mat. Sci. Eng. A等金属材料领域高水平SCI期刊上发表论文14篇，其中第一作者7篇。

尹冬弟，西南交通大学材料科学与工程学院，教授/博导。主要从事镁合金塑性变形及成型、高性能轻合金开发等工作；获得西南交大2015-2017年创先争优“优秀共产党员”称号，J. Magnes. Alloy.创刊十周年优秀青年编委，有色金属学报优秀青年编委；主持国家自然科学基金2项，四川省科技项目3项，作为骨干成员参与了“中国标准动车组镁合金技术应用”等项目；担任Mater. Res. Lett.（1区）、J. Magnes. Alloy.（1区）、Trans. Nonferrous Met. Soc. China（2区）、金属学报（2区）期刊青年编委；长期担任Acta Mater.、Int. J. Plast.、Mater. Res. Lett.、Metall. Mater. Trans. A等期刊审稿人；以第一/通讯作者在Int. J. Plast（3）、Metall. Mater. Trans. A（7）、Mat. Sci. Eng. A（10）等金属材料领域高水平SCI期刊累计发表论文40篇（中科院1或2区27篇；ESI高被引论文3篇，热点论文1篇），h-index 33，引用2900余次（Google Scholar）。授权发明专利6项。

https://faculty.swjtu.edu.cn/yindongdi