(α+β)两相钛合金因具有优异的综合性能而在航空航天等领域获得广泛应用，其拉伸变形行为及其与显微组织之间的关联一直是钛合金材料领域关注的重点。具有双态组织的钛合金通常以位错滑移主导合金变形，表现出较好的强塑性匹配，但合金的加工硬化率往往较低。有研究表明，在(α+β)两相钛合金β转变组织中引入α′六方马氏体，可发生重取向诱导塑性(α′ martensite reorientation-induced plasticity)，显著提高加工硬化率。基于此，西北工业大学寇宏超教授团队通过调控固溶后的冷却速率，使得Ti-5Al-7.5V合金的β转变组织析出α′六方马氏体，合金屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到890MPa、1225MPa和19%，尤其是加工硬化率得到明显提高，达到5500MPa水平，其高强塑性匹配来源于多重变形机制的耦合作用。相关工作以题为“Multiple deformation mechanisms induce high work hardening in Ti-5Al-7.5V alloy via transformed β matrix”的研究论文发表在Materials Research Letters上。论文的第一作者为硕士研究生谢偲偲，通讯作者为寇宏超教授，西北工业大学凝固技术国家重点实验室为唯一单位。

图1. 水淬Ti-5Al-7.5V合金拉伸过程中显微组织演变示意图

Ti-5Al-7.5V合金在850℃(α+β两相区)固溶水淬后，β转变组织析出大量α′六方马氏体，同时保留19%的等轴α相。利用EBSD和TEM技术对水淬合金不同应变量下的变形组织进行表征，分析合金的变形机理。结果表明，应变量为2%时，变形组织中观察到两种不同取向的应力诱发α″斜方马氏体变体(V4变体和V3变体)；当应变量达到5%时，斜方马氏体产生了变体选择，形成α″的V2变体和V1变体，并产生应力诱发{111}α″Ⅰ型马氏体孪晶；当合金拉伸断裂时，等轴α相发生基面滑移和交滑移，位错整体呈现平面滑移特征。相应地，Ti-5Al-7.5V合金在850℃固溶后空冷，除保留25%的等轴α相外，β转变组织上析出厚度为0.35±0.23μm的次生α片层，拉伸变形由等轴α相的位错滑移主导，位错缠结严重，合金的强塑性匹配较好，但没有明显的加工硬化现象。

图2.  Ti-5Al-7.5V合金初始组织及拉伸性能：(a)水淬合金的显微组织(由等轴α相、α′六方马氏体相和β相组成)；(b)TEM明场像下α′六方马氏体相及其选区电子衍射花样；(c)空冷合金的显微组织(由等轴α相、片层α相和残余β相组成)；(d)水淬合金和空冷合金的工程应力-应变曲线；(e)水淬合金和空冷合金的加工硬化率曲线；(f)水淬合金、空冷合金以及其他钛合金屈服强度-屈强比比较

图3. (a)水淬合金2%应变量下变形组织IPF图；(b)应力诱发α″V1、α″V2和β相的PF图；(c)水淬合金5%应变量下变形组织IPF图；(d)应力诱发α″V3和α″V4的取向差；(e)应力诱发α″V3、α″V4和β相的PF图

图4. (a)水淬合金5%应变量下α″马氏体的TEM明场像；(b) α″马氏体孪晶的明场像；(c) α″马氏体孪晶对应的选区电子衍射；(d)水淬合金近断口等轴α相的基面滑移带；(e)近断口变形组织中的β相和α″马氏体；(f)空冷合金近断口等轴α相内位错相互缠结

本工作的研究结果表明，水淬Ti-5Al-7.5V合金高加工硬化率和塑性主要依赖于应力诱发α″斜方马氏体相变和变形孪晶的形成，残留β相在拉伸变形过程中产生了TRIP/TWIP效应。这一点与依赖于α′六方马氏体相重取向诱导塑性从而提高加工硬化率的Ti-6Al-4V钛合金不同。在本工作中，六方马氏体α′相的作用在于改变残留β相的稳定性，诱导合金在拉伸变形过程产生应力诱发α″马氏体相变、应力诱发{111}α″Ⅰ型马氏体孪晶、位错滑移多重变形机制的耦合作用，进而提高了抗拉强度、塑性和加工硬化率。

文献链接：

Full article: Multiple deformation mechanisms induce high work hardening in Ti–5Al–7.5 V alloy via transformed β matrix (tandfonline.com)

（文章来源：Materials Research Letters）

文字：寇宏超教授团队

审核：禹亮

责编：王俊杰