高比強(qiáng)度鈦合金是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排以及輕量化的重要結(jié)構(gòu)材料，可通過(guò)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。對(duì)于鈦合金，除了擴(kuò)散相變(β→α)外，還可以通過(guò)快速冷卻條件下的無(wú)擴(kuò)散位移轉(zhuǎn)變(β→α′)引入高密度PBs。但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(huì)形成微米級(jí)和亞微米級(jí)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)韌鈦合金仍然存在挑戰(zhàn)。為此，西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫軍院士團(tuán)隊(duì)提出了采用化學(xué)界面工程(CBE)制備納米馬氏體的新策略?；诟邷叵潞辖鹪刂g顯著的擴(kuò)散失配可以構(gòu)筑高密度化學(xué)界面(CBs，定義為在晶格連續(xù)區(qū)域內(nèi)至少一個(gè)元素存在濃度梯度的不連續(xù))的設(shè)計(jì)思想，考慮到不同合金元素在BCC-Ti和HCP-Ti基體中擴(kuò)散速率的差異，選用低成本快擴(kuò)散元素Cr和慢擴(kuò)散元素Al，以Ti-xCr-4.5Zr-5.2Al(x=1.8, 2.3, 2.8wt%)合金為模型材料，通過(guò)快擴(kuò)散元素Cr調(diào)控化學(xué)界面的密度。高溫狀態(tài)下Cr、Al元素的擴(kuò)散失配形成高密度CBs，這些CBs可以將每個(gè)β晶粒分割成大量貧Cr和富Al納米域。在隨后水冷過(guò)程中，馬氏體更容易在這些富Al或貧Cr納米域中形核，即這些富含Al或貧Cr的納米域作為納米馬氏體形核位點(diǎn)，而化學(xué)界面則作為馬氏體長(zhǎng)大的壁壘，限制其快速生長(zhǎng)?；贑BE理念，團(tuán)隊(duì)在Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al合金中成功創(chuàng)造了迄今為止最小尺寸的納米馬氏體(平均尺寸為20±6 nm)，且與當(dāng)前已報(bào)道的其他馬氏體鈦合金相比，該鈦合金成本最低，具有比強(qiáng)度最高且強(qiáng)塑性匹配優(yōu)異等特點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)提出的CBE設(shè)計(jì)策略突破了鈦合金原有微觀組織/合金成分設(shè)計(jì)理念和熱機(jī)械加工方法的局限，為設(shè)計(jì)高性能先進(jìn)鈦合金和其他具有類似特性的金屬結(jié)構(gòu)材料提供了新的思路。

該研究成果以《層級(jí)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)為題發(fā)表于《自然-通訊》。

來(lái)源：西安交通大學(xué)官網(wǎng)