近日，上?？萍即髮W創意與藝術學院智造系統工程中心（CASE）張振波課題組在金屬材料領域期刊Acta Materialia上發表了題為“Effect of Phase Boundary on the Critical Resolved Shear Stress and Dislocation Behavior of Dual-Phase Titanium Alloy”的研究論文。對含有不同數量相界面的典型雙相鈦合金(Ti-6Al-4V)的研究表明，α/β相界面顯著提升合金位錯滑移的臨界分解切應力，且隨著相界面數量增加應變分布更加均勻，相界面處應力集中導致二次滑移帶產生，合金的應變硬化能力顯著提升。研究結果對于優化雙相鈦合金綜合力學性能、設計新型高強高韌鈦合金具有重要理論指導價值。
雙相鈦合金由于其優異的比強度和耐腐蝕性能，被廣泛應用于航空航天和深海領域。隨著航空和深海等服役環境愈加苛刻，對發展兼具高強度和高韌性的鈦合金的需求更加迫切。然而鈦合金強度和韌性倒置是長期困擾高性能鈦合金發展的核心問題之一。揭示雙相鈦合金中相界面對位錯滑移和應變硬化行為的影響機制，對于協同提升合金的強度和韌性至關重要。
本工作用聚焦離子束（FIB）制備出具有特定晶體學取向的雙相層狀Ti-6Al-4V合金微柱，利用原位納米力學裝置開展壓縮試驗，通過透射電子顯微鏡（TEM）觀察相界面對位錯行為的影響，并使用有限元（FE）模擬了微柱內的應力和應變分布。研究發現α/β相界面能夠顯著阻礙位錯滑移，提升了合金塑性變形的臨界分解切應力（CRSS）。且相界面對位錯的阻礙作用，產生應力集中，進而激活二次位錯滑移帶的產生，有效緩解了應變局域化行為，位錯滑移帶更加彌散，應變分布更加均勻。隨著相界面數量的增多，合金的均勻變形能力提高，界面對于合金強度的貢獻增大，微柱的尺寸效應降低，對于包含1個和2個β相的微柱，其Hall-Petch指數分別為0.17和0.07，遠低于單相狀態的0.5-1。
本工作揭示了雙相鈦合金中α/β相界面對力學性能的貢獻機制，特別是相界面對于位錯滑移和應變硬化行為的影響，將為通過組織調控優化雙相鈦合金的綜合力學性能提供指導，為高強高韌鈦合金設計提供科學依據。
上?？萍即髮W為該研究的第一完成單位，智造系統工程中心博士后吳兆軒為第一作者，張振波教授為通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120051
圖1. 不同尺寸(5μm，8μm，10μm) 微柱的真應力-應變曲線，包括0、1和2個β相片層
圖2. 不同β片層數量的微柱壓縮后位錯滑移形貌
圖3. TEM結果顯示不同數量相界面對于位錯行為及滑移帶形貌的影響
滬公網安備 31011502006855號