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低成本高強(qiáng)韌鈦合金取得新進(jìn)展


發(fā)布日期:2022-10-14 22:53:33

高比強(qiáng)度鈦合金是實現(xiàn)節(jié)能減排以及輕量化的重要結(jié)構(gòu)材料,可通過調(diào)節(jié)晶界(GBs)和異相界面(PBs)的密度和空間分布特征優(yōu)化其宏觀力學(xué)性能,例如調(diào)控鈦合金中晶格不連續(xù)的α/β相界面結(jié)構(gòu)與特性可顯著提升合金的力學(xué)性能。對鈦合金來說,除了擴(kuò)散(β→α)相變外,還可以通過快速冷卻條件下的無擴(kuò)散位移轉(zhuǎn)變(β→α')在鈦合金中引入高密度PBs。

鈦合金中的馬氏體相變可以實現(xiàn)兩個關(guān)鍵優(yōu)勢:一方面,通過快冷驅(qū)動相變(高溫相的熱穩(wěn)定性降低)構(gòu)建雙相微觀結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生界面硬化;另一方面,通過力致相變誘導(dǎo)硬化(室溫相的機(jī)械穩(wěn)定性降低),通常表現(xiàn)為較低的屈服強(qiáng)度,但較高的加工硬化能力和斷裂延伸率,即相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)。一般來說,馬氏體強(qiáng)化符合經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系,因此,人們期望在微觀組織中設(shè)計納米馬氏體,以強(qiáng)化合金并維持合理的延展性,從而獲得優(yōu)異的力學(xué)性能。然而,由于鈦合金中尺寸為幾十甚至幾百微米的較大β晶粒往往會形成微米級和亞微米級的馬氏體片層,導(dǎo)致相界面密度低而屈服強(qiáng)度不高。因此,利用晶界工程(GBE)構(gòu)建具有精細(xì)微觀組織的高強(qiáng)韌鈦合金仍然是一個挑戰(zhàn)。

針對上述問題,西安交大金屬材料強(qiáng)度國家重點實驗室孫軍院士團(tuán)隊提出了采用化學(xué)界面工程(CBE)制造納米馬氏體的新策略,不同于以往使用傳統(tǒng)熱機(jī)械加工方法的晶界工程。該研究成果以《層級納米馬氏體構(gòu)造的低成本超高強(qiáng)塑鈦合金》(Hierarchical nano-martensite-engineered a low-cost ultra-strong and ductile titanium alloy)為題日前發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications)。


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