Fe-7%Mn合金在动态旋转金刚石压片中耦合塑性应变与应力诱导相变及晶体结构演化

在压力可达27.6 GPa、旋转速度可达1,500 RPM、应变率可达2,094 /s的条件下，对Fe-%7Mn合金进行了动态旋转金刚石压片（dRDAC）中的严重塌方（SPD）和BCC<->HCP相变（PT）首次实验。在水平加载下，BCC-HCP相变起始于11.4 GPa，而在塑性压缩下为3.2 GPa。塑性应变对相变具有显著影响，导致独特的动力学行为，即同时发生直接相变和逆相变——此类现象在任何材料中均未被研究过。对于准静态加载，发现应变诱导的直接-逆相变动力学中的参数，以及静止体积分数随压力的关系。在以1,000和1,500 RPM的扭转过程中，HCP相的体积分数未发生变化。但在扭转停止后，1,000 RPM下HCP相体积分数在数分钟内增加30%，而1,500 RPM下则消失。这些发现推翻了关于应变诱导相变仅在应变过程中发生、时间不作为支配参数、且动力学由塑性应变而非时间决定的普遍认知。因此，在高应变率下应变引起HCP相的晶核生成，但其生长/消失则在应力作用下的更长时间尺度上进行。由此需要一种新的结合应变和应力诱导相变的理论。揭示的重要规律是：HCP相中晶粒尺寸为30 nm，微应变约为0.004，位错密度约为$10^{15}$/$m^2$，在静态压缩和动态扭转过程中保持恒定，不受压力、塑性应变张量、其路径、应变率以及HCP相体积分数的影响。这些结果为探索动态SPD和高压下耦合应变-应力诱导相变及晶体结构演化开展了基础研究。