Plasticity without Dislocation in a Polycrystalline Intermetallic
مهندسی ابعاد دانه یکی از مهم‌ترین روش‌های اسحکام‌بخشی به سیستم فلزی است. اندازه دانه کوچک‌تر استحکام را بالاتر می‌برد که این پدیده به رابطه هال-پچ معروف است که مکانیزم آن از مسدود شدن حرکت نابه‌جایی توسط مرزهای دانه ناشی می‌شود. رابطه هال-پچ از سال 1960 بخشی از کتاب‌های درسی بوده است ودر بسیاری از سیستم‌های فلزی شامل فلزات خالص و چندجزئی مشاهده می‌شود. در چند دهه گذشته مشخص شده است که مقیاس‌بندی استحکام با اندازه دانه توسط رابطه هال-پچ تعریف می‌شود، ممکن است در فلزات FCC این رابطه از کار بیفتد و زمانی که اندازه دانه زیر 15-12 نانومتر است، حتی باعث ضعیف شدن مواد با اصلاح دانه مداوم شود. این از کار افتادگی اغلب به عنوان رابطه معکوس هال-پچ شناخته می‌شود و به نقش غالبی که توسط مرزدانه در جاسازی کرنشی در رژیم اندازه دانه کوچک بازی می‌شود، مربوط شود. در سیستم‌های فلزی غیر FCC رابطه معکوس هال-پچ قبلاً توسط شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی پیش‌بینی شده است، اما به طور کلی در آزمایشات وجود نداشته است. دلیل احتمالی این است که تضعیف اندازه دانه (در صورت وجود) فقط برای اندازه دانه‌های بسیار کوچک مورد انتظار است. علی رغم این‌که رابطه هال-پچ معکوس برای رژیم ابعاد کوچک دانه وجود دارد، برای اندازه دانه بزرگتر بیشتر فلزات استحکام بخشی با اندازه دانه را نشان می‌دهد که مطابق با رابطه هال-پچ است.
فعالیت نابه‌جایی در شکل‌پذیری و استحکام مکانیکی فلزات حیاتی است. نابه‌جایی محرک‌های ابتدایی تغییر شکل پلاستیک هستند و برخورد آن‌ها با یکدیگر و با دیگر ویژگی‌های ریزساختاری از قبیل مرزدانه‌ها منجر به استحکام‌دهی فلزات می‌شود. موادی چندبلوری که حرکت نابه‌جایی در آن‌ها از لحاظ انرژی نامطلوب است و به طور کلی از فعالیت نابه‌جایی جلوگیری می‌شود، منجر به شکنندگی آن‌ها می‌شود. در این راستا بررسی مکانیزم‌های جاسازی کرنش به غیر از نابه‌جایی‌ها می‌تواند فرصت‌هایی را برای طراحی مواد با خواص مکانیکی برجسته ایجاد کند، زیرا مکانیزم‌های مختلف پلاستیسیته می‌توانند به طور مستقل کنترل شوند، به عنوان مثال ترکیب و ریزساختار.
در این پژوهش محققان SmCo5 را بررسی کردند که یک ترکیب بین‌فلزی با گروه فضایی P6/mmm (هگزاگونال اما نه از نوع فشرده) است. آن‌هادریافتند که یک ترکیب بین‌فلزی بدون کمک نابه‌جایی‌ها می‌تواند کرنش پلاستیک بزرگی را در خود جای دهد. برای اندازه دانه‌های کوچک مکانیزم تغییر شکل اولیه لغزش مرزدانه‌ها است، در حالی‌که برای اندازه دانه‌های بزرگتر مواد توسط آمورف شدن مستقیم در امتداد صفحات برشی تغییر شکل پیدا می‌کنند. مکانیزم‌های غیرمعمول تغییر شکل منجر به غیبت رابطه هال-پچ می‌شود که عموماً در فلزات مشاهده می‌گردد و یک رژیم بسط یافته از استحکام با اصلاح دانه ضعیف می‌شود که به عنوان رابطه هال-پچ معکوس شناخته می‌شود. نتایج در ابتدا توسط شبیه‌سازی پیش‌بینی و سپس توسط آزمایش پذیرفته شد.
