多晶镍基高温合金最常用于燃气涡轮发动机的涡轮盘应用，因为它们具有出色的强度以及高温下的抗氧化和耐腐蚀性。耐疲劳性是这些合金的另一个关键特性，因为涡轮盘部件会因反复的起飞着陆循环而经历显着的应力波动。由于冶金缺陷含量极低，这些合金中疲劳微裂纹的萌生与微观结构相关，并与亚晶应变局部化过程相关。在高度工程化、无缺陷的多晶镍基高温合金中，塑性应变以滑移带的形式局部化。虽然许多带在整个微观结构中形成，但那些经历最强烈滑移位移的带特别令人感兴趣，因为它们被证明会在循环过程中进一步累积滑移，从而导致疲劳微裂纹的产生。最近对这些合金进行的实验研究表明，临界强度带很可能在三结点 (TJ)（即三个晶界的一维交叉点）和特定的双晶界附近形成。然而，人们对促进这些区域滑移带形成的亚晶粒微观力学知之甚少。

来自美国加州大学圣巴巴拉分校的学者使用三维（3D）晶体塑性有限元（CPFE）建模，高分辨率数字图像相关（HR-DIC）和3D电子背散射衍射断层扫描（3D EBSD）的组合，研究了轻度变形镍基高温合金IN718中数百个晶界三结（TJ）附近的早期滑移定位。3D 重建方法可以识别数以千计的 TJ 以及任何观察到的滑带与其样本表面下方的原始 TJ 线的对应关系。本研究提出了实验 3D 微观结构的大型 CPFE 模型，该模型由 TJ 线和母粒边界和内部的高保真表示组成，并用它来计算宏观开始时所有 TJ 的局部微观机械响应和滑移活动屈服。计算量的统计分析表明，TJ 比晶粒内部和晶界产生更大的应力集中和晶粒平均重新定向，但是在这些微观结构区域之间没有发现累积滑移的实质性差异。本研究发现具有观察到的滑移带的 TJ 产生较低的晶粒平均重新定向、较少的活动滑移系统，以及在单个系统上比没有滑移带的TJ 产生更多的局部滑移。在经历更强烈滑动的 TJ 中，重新定向和滑动活动的区别更强。相关文章以“Slip localization behavior at triple junctions in nickel-base superalloys”标题发表在Acta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118801

图 1. 从三结线发出的滑移带的典型配置。

图 2. 网格划分过程的前后可视化。(a) 减少的 IN718 体素数据集的选定子集。(b) 具有光滑晶界表面的最终网格模型。(c, d) 所选晶粒的相应体素和网格表示。体素和网格元素根据沿加载方向的晶体取向着色。

图 3. (a) 减少的 IN718 体素数据集的第一层和第二层表面颗粒深度的直方图。虚线表示选定的子集深度。(b) 最终子集选择的位置和维度。根据沿加载方向的晶体取向着色的晶粒。

图 4. IN718 CPFE 模型的元素集：(a) 晶粒内部，(b) 晶界，(c) 所有 3665个三重结。根据沿加载方向的晶体取向着色的网格元素。

图 5. (a) von Mises 应力、(b) 累积滑移和 (c) GROD 的直方图，用于晶粒内部、边界和三结点元素集。

图 6.“Band”和“No-Band”元素标记方法的可视化说明。(a) 示例三联结 (TJ) 由两个表面可见的晶粒组成，每个晶粒都有一个从 TJ 线发出的带。(b) 示例 TJ，其中所有三个晶粒都是表面可见的，但在任何晶粒中都没有发现从 TJ 线发出的滑带。

图 7. (a, c, e)所有 Band 和 No-Band TJ 子区域和 (b, d, f) 具有高于平均水平的累积滑移的 TJ 子区域的 von Mises 应力、GROD 和活动滑移系统数量的直方图在他们的主系统上，γ^primary >5 × 10⁻³。

图 8. (a, c) 所有 Band 和 No-Band TJ 子区域和 (b, d) 在其主要系统上具有高于平均水平的累积滑移的 TJ 子区域的滑移优势和滑移率直方图，γ^primary >5 × 10⁻³。

图 9. 通过实验和校准的 CPFE 模型测量的 IN718 的工程应力-应变曲线。

本研究结合滑带的三维表征和同一三维微观结构上的三维高保真微机械计算，以了解促进滑带起始的微结构三结（TJ）特征。考虑到起作用的多个变量及其统计变化，为了建立相关的相关性，本研究对数千个TJ进行分析。与微观结构的其他特征（如晶粒内部和边界）相比，TJ表现出独特的变形行为。此外，该模型预测TJ之间的局部微机械响应存在显着差异，有和没有实验观察到的三重线发出的滑带。主要结论如下：

1. TJ 可能是局部滑移的来源，因为与晶粒内部区域甚至晶界相比，它们平均产生更高的应力。

2. 晶粒内部、边界和 TJ 之间的总体累积滑移发展非常相似，不能解释 TJ 处滑移定位的倾向。

3. 实验观察到产生滑移带的 TJ 发展出较低的晶粒平均重新定向，并且与没有观察到的带的那些相比，激活较少的滑移系统。这些 TJ 的活动滑动系统的数量大多是一个，不超过两个。显然，滑移带最好在晶粒中形成，该晶粒在 TJ 及其整个体积中都在同一滑移系统上具有几乎单一的滑移。

4.平均而言，观察到滑移带的 TJ 在一个滑移系统上比没有滑移带的 TJ 经历更多的局部滑移，这是通过总累积滑移的百分比（滑移优势）以及第一和第二活跃系统的相对累积滑移来衡量的（滑移率）。

5. 带带 TJ 和无带带 TJ 之间滑移活动的这些差异在那些经历高于平均水平的累积滑移的 TJ 中很明显。