共格孿晶界由于其共格特性具有極低的界面能，因而對金屬材料的抗腐蝕性能等表面使役性能有顯著的影響。而金屬切削加工過程中，在力熱載荷條件作用下，零件的已加工表面發生劇烈塑性變形，微觀組織也會隨之發生顯著變化，而其中之一就是孿晶的生成與演化。因此，研究切削加工誘導零件表面孿晶的演化和分布規律，對于零件表面使役性能服役失效及主動預測具有重要意義。然而，目前已有研究多采用多相工程材料對表面多種微觀組織進行定性表征，各相各種微觀組織演化機制強烈耦合，難以形成有效的對孿晶機制的解耦分析。因此如何綜合考慮機械載荷和熱載荷，對切削誘導生成的孿晶進行定量的解耦分析，成為了該領域的研究空白和亟待解決的難點。

基于此，西安交通大學張俊教授團隊采用EBSD和TEM方法表征了高導無氧銅受金屬切削作用誘導產生的微觀組織，首次報道了一種已加工表面反常的孿晶界分布特征，結合數值模擬和解析模型，分析計算了梯度載荷條件下退火孿晶的演化機理。相關論文以題為“Multi-mechanism-based twinning evolution in machined surface induced by thermal-mechanical loads with increasing cutting speeds”發表在機械制造領域頂刊《International Journal of Machine Tools and Manufacture》上，期刊影響因子14.0。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0890695523000822

該研究結果表明，在切削力熱梯度載荷作用下，已加工表面的孿晶及晶粒尺寸形態等均出現顯著分層現象，其中力熱載荷最強的表面細晶層產生了大量退火孿晶，且切削速度的提高對于共格孿晶界密度、孿晶形貌、該細晶層厚度均有顯著影響。該層材料表現為熱機制主導的退火孿晶和再結晶協同發生機制。而在力熱載荷水平較低的亞表面變形層，則異常出現了孿晶界密度顯著低于基體的現象，通過提出一種孿晶系分解剪應力的計算方法，結合數值仿真和解析模型，計算了切削多軸時變應力載荷條件下孿晶系統上的分解剪應力演化，從而證實了該層材料發生了應力誘導的退孿晶。該研究有助于揭示FCC金屬切削零件表面服役性能的變化及其失效機制。

圖1. 不同層深位置處孿晶界含量差異

圖2. 低切削線速度下的孿晶界特征

圖3. 變形層材料孿晶分解剪應力的計算方法

圖4. 總結不同層深的孿晶演化機理