组内研报
Original Research
论文链接：https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2313076
双相钛合金因其低密度、高强度及优异的损伤容限性能，被广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。该类合金的主要变形机制通常为位错滑移和孪生。在剧烈塑性变形条件下，变形带（如剪切带、扭折带等）也可被激活并穿过β相，导致局部塑性变形。然而，在双相钛合金中扭折带的形成机制尚不明确，尤其是扭折带与β相之间的交互作用会对变形与失效行为的影响仍有待阐明。
河北工业大学层状材料与器件团队于2024年2月在Materials Research Letters期刊上在线发表了题为“Kink band induced β→α phase transformation in lamellar α+β Ti alloys”的研究性论文。通讯作者为河北工业大学的郑士建教授。该研究在全片层Ti-6Al-4V合金中观察到一种新型变形带（DB）。基于透射电子显微镜（TEM）分析，确定为扭折带（KB），其形成源于{10-10}柱面上<a>位错的塞积。值得注意的是，当KB穿过β相时，会在外力作用下诱发β→α相变，并伴随V和Fe元素的再分配，最终KB穿过区域完全转变为α相。
全片层Ti-6Al-4V合金因具有优异的断裂韧性、抗疲劳裂纹扩展能力和良好的损伤容限，被广泛应用于航空工业。这主要归因于其内部大量α/β片层界面，这些界面既能阻碍位错运动，又可作为位错源促进塑性变形。除位错和变形孪晶外，DB也会在变形过程中被激活，并与β相发生交互作用，从而显著影响合金的变形行为和失效过程。已有研究表明，滑移带可贯穿α团簇并跨越多个α/β界面，剪切带会破坏局部组织并损害力学性能；然而，双相钛合金中KB的形成机制及其与β相的交互作用尚不明确，亟需深入研究。
研究选用Ti-6Al-4V合金，其化学成分（质量分数，wt.%）为：Al: 6.05、V: 4.10、O: 0.06、Fe: 0.05，余量为Ti。合金的β转变温度为970 ± 5°C。为获得全片层组织，试样先在1000°C保温1 h，随后炉冷至室温。
图1：Ti-6Al-4V合金的显微组织及拉伸变形后DB的典型形貌
图2：基体[1-210]取向下DB形貌图及相应选区电子衍射斑点和菊池线图
图3：基体从[1-210]M方向沿0002菊池线倾转后基体与DB的形貌、选区电子衍射斑点以及菊池花样
图4： KB的形成过程示意图
在全片层Ti-6Al-4V合金中发现的DB是一种绕[0002]晶带轴形成的KB，其是柱面上的<a>位错连续滑移并在KB与基体界面塞积所导致的。
图5：KB与β相交互作用的形貌图
KB与β相交互作用区域的元素分布表征证实：V和Fe元素的含量显著降低，而Ti和Al元素的含量显著增加；此外，晶体结构分析表明交互作用区的β相转变为α相。
该研究在全片层Ti-6Al-4V合金中发现一种由α相中柱面<a>位错塞积形成的新型KB，其取向关系表现为绕α相的[0002]晶带轴旋转5°-15°。KB穿过的β相区遵循Burgers取向关系转变为α相。本文的发现为深入理解层状α+β钛合金的变形行为提供了依据。
团 队 介 绍
河北工业大学层状材料与器件团队自2019年成立以来，形成“厚积成材、循层渐进”的教育理念，培养了大批青年人才和优秀学子，荣获河北省高校首批黄大年式教师团队等荣誉称号。研究团队所在的材料学科是河北工业大学“世界一流学科”的三个支撑学科之一，团队拥有结构材料（3D打印、熔炼、轧制、热处理、力学性能测试等设备）和功能材料（真空磁控溅射系统、多层软包电池生产线、光伏组件制备系统等）完整制备平台，以及球差校正透射电子显微镜、原位样品杆以及双束加工系统、光伏组件表征系统等先进分析测试平台。团队累计发表Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials、Acta Materialia等高水平期刊论文100多篇，授权发明专利10余项，获批国家自然科学基金（青年科学基金项目（A类）、区域联合重点项目、面上项目、青年基金）、河北省自然科学基金（重点项目、青年项目）、中央引导地方项目等30余项，承担河钢集团、中伟新材料股份有限公司等企业项目20余项。
本文推送内容基于河北工业大学层状材料与器件团队已发表的研究成果整理而成，相关论文已正式发表于【Materials Research Letters】。本文仅对论文核心内容进行简要介绍与解读，旨在促进学术交流与成果传播。受篇幅及表述方式所限，相关内容未能完全覆盖论文全部细节，具体研究方法与结果请以论文原文为准。论文版权归期刊或出版社所有。欢迎转载与分享本文推送内容，请在显著位置注明出处并保留原文链接。感谢您的关注与支持，让我们共同助力材料学科的发展。
图文供稿 | 孙凯新
本期编辑 | 王志新
本期审稿 | 王夫成 眭思密
