我区科研团队在Beta钛合金变形机制研究上取得最新成果

近日，内蒙古工业大学材料科学与工程学院杜赵新教授科研团队与哈尔滨工业大学、新西兰怀卡托大学、中国矿业大学以及西北有色金属研究院等单位合作，在知名学术期刊《材料科学与技术杂志》（JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY）发表了以“Beta钛合金变形机制与拉伸性能的轧制变形量依赖性”（Rolling reduction-dependent deformation mechanisms and tensile properties in a beta titanium alloy）为题的最新成果，该论文入选材料科学领域ESI高被引论文。

该研究得到国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金地区基金、内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持项目、内蒙古自然科学基金等项目支持。

钛合金作为一种先进的金属材料，由于其轻质高强以及耐蚀等特性而被应用于三航（航海、航空、航天）、石油化工、机械医疗等领域。其中Beta型钛合金冷成形性能优异，并且同时具有高强度和良好的耐腐蚀性，是一种极具潜力的航空结构材料。但Beta型钛合金在冷变形过程中会呈现出复杂的变形机制，且随着Beta相化学稳定性的增加和应力条件的变化，各种不同的变形机制将被激活，而复杂的变形机制又将直接影响到合金机械性能以及变形工艺的制定。

20%和30%变形量下的扭折带、{332}<113>初始孪晶和变体孪晶

科研团队以TB8亚稳Beta钛合金为研究对象，从微观角度分析了变形量的增加导致了合金基体的应力集中，从而激活了基体内更多复杂变形机制，变形机制的改变指导了合金复杂的组织演变过程。在早期变形过程中，Beta基体中不仅激活了应力诱发的相变(β→α"和β→ω)和初级{332}<113>变形孪晶，在初级{332}<113>孪晶中的二次孪晶和应力诱发马氏体相变也被激活，马氏体(α")在孪晶和基体中均呈针状分布。在变形量逐渐增大(变形量大于20%)的过程中，扭折带变形机制被激活并且含量随变形量的增加而增加，和变形孪晶共同指导合金的变形过程。当变形量达到30%至40%时，扭折带发生交叉重叠，Beta晶粒被轧碎细化。更为重要的是，在初次扭折带中产生了{332}<113>变形孪晶和二次扭折带。当变形量大于50%主要变形机制变为位错和滑移{332}<113>变形孪晶。通过测量对比变形后合金的强度和塑性发现，当轧制变形量为10%至40%时，合金的抗拉强度逐渐提高的同时，仍然保持较高的延伸率，这主要得益于{332}<113>变形孪晶和扭折带的相互协调作用。当变形量超过50%以后，孪晶和扭折带大量减少，位错和剪切带大量堆积导致强度提高。

多种变形机制协调下的力学性能

该研究揭示了亚稳Beta钛合金复杂的变形机制，发现次级变形孪晶和次级扭结带在初级变形孪晶以及初级扭结带中被激活，变形机制间的协调配合共同指导了合金力学性能。引入动态霍尔-佩奇效应和多尺度的变形组织强化效应，从变形机理上揭示了该合金冷变形能力强、力学性能优异的内在原因。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S10050302