本研究使用先进材料模拟软件（DAMASK）中的快速傅里叶变换（FFT）模拟来研究微观力学泰勒因子对加工硬化参数的影响。从经典泰勒模型中均匀变形的假设出发，作者使用了微观力学泰勒因子，它更好地考虑了局部晶粒相互作用和应变分布。我们使用经典和微观力学泰勒因子对模拟进行比较，揭示了预测位错机制的关键差异，导致对加工硬化行为的不同解释。作者的研究结果质疑传统模型的充分性，并建议对多晶材料的变形有更深入的理解。该研究强调了改进建模方法对表征变形的重要性，并导致对材料科学中现有预测机制的重新评估，这可能对优化材料性能产生影响。泰勒因子是一种基于单晶硬化参数预测多晶变形的工具。泰勒因子的发展是一个重要的里程碑，它提高了我们理解和预测各种材料变形响应的能力。一个值得注意的方面是泰勒因子能够将变形的不均匀性封装在多晶聚集体中。该因子通常基于最小功原理计算，假设多晶所有晶粒变形均匀，然而，随着对晶体塑性的深入研究，人们对泰勒模型得这些基本假设进行了批判性得重新评估。在这一背景下，有必要强调Rabbe等人的贡献，他们引入了宏观和微观力学泰勒因子的概念。与宏观力学和均匀化理论泰勒因子不同，微观力学泰勒因子通过局部von
Mises应变对局部晶体学进行归一化，从而为多晶体的变形行为提供了独特的视角。特别是在非零摩擦条件下，微观力学泰勒因子揭示了晶粒应变不均匀性主要由微观因素控制边界条件，如材料的几何结构和摩擦力。此外，它揭示了晶体运动学、晶格的特定运动和取向如何显著影响晶粒间的应变异质性。首先，作者利用MTEX软件生成了五种不同的织构（图 1）和一组随机取向，随后将其应用在代表性体积单元(RVE)中，并绘制出相应的反极图（图2）。此外作者将模型中心晶粒的方向被替换为与立方体方向非常接近的晶粒，其特征是欧拉角（φ1 =
0°，φ = 90°，φ2 = 89°）。选择近 Cube方向而不是精确 Cube 方向的基本原理源于两个关键考虑因素。首先，在变形过程中，Cube方向往往非常稳定。其次，在实际的合金系统中，以主导形式出现精确Cube取向的情况并不常见。这些因素共同证明了选择近Cube方向以实现更逼真的模拟是合理的。![]()
图1 半宽为10°的不同合成织构的 ODF，由欧拉角（φ1，Φ，φ2）描述。这些角度定义了晶粒相对于样品坐标系的晶体取向。
![]()
图2 使用合成织构的RVE的反极图（IPF）。（a）Brass、（b）Copper、（c）Cube、（d）Goss、（e）S和（f）Random取向。
随后作者对几种不同织构下模型进行单轴拉伸模拟，得到相应的结果，图 3显示了在宏观拉伸应变为 0.4 下，各种理想织构的应变分布直方图。从直方图可见其差异，当宏观应变达到 0.1 水平时，应变分布的标准差在 0.1 到 0.15之间变化。这一观察结果表明，在多晶材料变形过程中，通常预期的常规泰勒响应存在明显偏差。![]()
图3 在宏观拉伸应变为 0.4 下，各种理想织构的应变分布直方图，即Brass {110}
<112>、Copper {112} <111>、Cube {001}
<100>、Goss {110} <001>、S {123} <634> 和Random，理想的织构是使用 MTEX 生成的。
图4展示了从DAMASK 仿真中获得模拟结果，强调了局部相互作用在 IMME
DIATE 微观结构环境中发挥的关键作用。这些模拟专门探讨了在各种织构下（包括Brass、Copper、S 和 Goss 方向）中设置了接近cube方向的颗粒的行为。这些 RVE 经历了平面应变压缩，达到了 -1.4 的真实应变值。在整个变形过程中，作者仔细监控了 Cube的晶粒的行为。在 Goss 织构中，近Cube 晶粒表现出相对稳定性。相比之下，当被Brass、Copper和 S 织构包围时，Cube 晶粒会出现较大的取向差。这种观察到的行为与传统的泰勒型变形模型存在重大偏差，传统的泰勒型变形模型通常假设给定晶粒的变形特性与其直接的微观结构环境无关。![]()
图4 模拟的反极图，描绘了近Cube方向的晶粒在各种织构环境中的变形行为
在拉伸变形过程中，经典泰勒因子保持相对稳定，显示出微小的变化。相比之下，微观力学泰勒因子在变形的初始阶段，最终随着变形的进行而稳定。重要的是，在所有研究的织构中，与经典泰勒因子相比，微观力学泰勒因子的值始终显著较低。例如，在随机取向样本中，微观力学泰勒因子主要在2.2到2.5之间，而经典泰勒因子为3.07。在检查不同的织构时，经典和微观力学泰勒因子之间的比值在1.2到1.4的范围内波动。这些观察表明，经典的泰勒因子可能夸大了单个颗粒固有的塑性阻力。![]()
图5 针对不同理想织构中，经典和微观力学泰勒因子随着 Von Mises 应变的演化
作者引入了微观力学泰勒因子，作为强度和加工硬化方程中使用的经典泰勒因子传统的改进替代品。利用DAMASK 框架中的局部边界条件，微观力学泰勒因子通过考虑晶粒间相互作用以及局部应力和应变分布，提供更细致的多晶变形表示。深入探讨了在流动应力方程和加工硬化模型中采用微观力学泰勒因子的后果。可以确定，这对流动应力和加工硬化进行了更精确的评估，随后影响了相关参数的解释以及位错密度的演变。值得注意的是，与经典泰勒因子相比，使用微观力学泰勒因子表明成对位错反应中的能量增益减少，并且通过交滑移使位错湮灭的可能性增加。相关研究成果以“Implications of the micromechanical Taylor Factor on work hardening
parameters: New perspectives from FFT simulations in DAMASK”为题发表在Computational Materials Science上（VOL. 237, Feb 2024, 112892）论文的共同第一作者和通讯作者是Mirtunjay Kumara和Sumeet Mishrab。论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2024.112892
