马克斯·普朗克学会Acta Mater.：ω相对亚稳β钛合金塑性的影响

【引言】

亚稳β钛合金在航空航天和生物医药行业的结构应用中具有特殊意义。在β相区固溶处理和随后的水淬之后，这些合金的体心立方（bcc）β基体显示出低的热力学和弹性稳定性，这样的亚稳状态使时效过程中第二相(α和/或ω)析出，从而导致屈服强度显着增加。在过去的四十年中，由于航空航天工业对高强度钛合金的需求不断增长，已经开发出了大量的α硬化亚稳态β钛合金，通过适当地调整β+α的微观结构，α硬化合金的屈服强度可以达到到非常高的数值。然而，这些合金通常表现出较低的加工硬化并且具有较低的延展性，限制了它们的应用。最近有学者研究了ω相对亚稳β钛合金塑性的影响，为提高β钛合金的塑性指明了道路。

【成果简介】

近日，来自德国马克斯·普朗克学会的M.J. Lai (通讯作者)等人在Acta Mater.上发布了一篇关于亚稳β钛合金的文章，题为“ω phase acts as a switch between dislocation channeling and joint twinning- and transformation-induced plasticity in a metastable β titanium alloy”。作者研究了孪生诱导塑性（TWIP）和相变诱导塑性（TRIP）以及ω相对亚稳态β型钛合金这两种现象的影响。实验结果表明，无ω相合金的塑性变形是由应力诱导的β→α“马氏体相变，{332}孪生变形和位错滑移所引起的，其中前两者引起TRIP和TWIP效应，后者存在ω-富集合金中，ω粒子完全抑制了TWIP和TRIP效应，促进了位错可塑性到特定的ω-缺口通道中的定位。原子探针断层扫描分析揭示β和ω结果之间的元素分配在β基体中溶质的微量富集，不能充分地稳定基体以防止马氏体转变和孪晶的形成。

【图片导读】

图1 Ti-25Nb-0.7Ta-2Zr合金在冷轧和固溶处理后再进行炉冷的组织和晶体结构示意图

(a) 垂直于轧制方向的BSE图像；

(b) 垂直于法线方向的EBSD相位图；

(c) 沿正常方向的反极图；

(d) φ2= 45°的方位分布函数图。

图2 样品的TEM照片

(a-b) 选区电子衍射图；

(c) 箭头标记的ω反射获得暗视场图像；

(d) ω粒子的粒度分布图。

图3 Ti-25Nb-0.7Ta-2Zr合金在水淬（WQ）和炉冷（FC）状态下的机械响应

(a) 拉伸工程应力 - 应变曲线；

(b) 加工硬化率与真实应变的函数关系图。

图4 拉伸样品微观结构演变过程

(a-c) 加载后取自相同区域从不同应变水平的连续BSE图像；

(d) 卸载后相同区域的BSE图像；

(e) 右上方同一颗粒的特写图像。

图5 Ti-25Nb-0.7Ta-2Zr合金在炉冷状态下的变形组织

(a) 从变形后拉伸试样的预抛光表面取大约3％塑性应变的BSE图像；

(b) 红色粗线部分标出的位置准备的贯穿厚度TEM片层的STEM明场像；

(c) 使用ω反射获得的TEM暗视场图像。

【小结】

本文系统地研究了亚稳态β型Ti-25Nb-0.7Ta-2Zr合金，作者通过拉伸试验研究了这种合金在这两种状态下的机械响应。用SEM，EBSD，TEM和APT等手段对拉伸变形前后的组织进行观察。结果表明，无ω相的合金显示出双重屈服现象。其塑性变形由多种变形机制介导，包括应力诱发的β→α“马氏体相变，{332}孪晶和位错滑移，前者引起TRIP和TWIP效应，导致明显的加工硬化行为，而后者它们是塑性应变的主要部分，与应力诱发的α“马氏体板相比，{332}孪晶对于位错运动更有效。

文献链接：ω phase acts as a switch between dislocation channeling and joint twinning- and transformation-induced plasticity in a metastable β titanium alloy (Acta Mater., 31 March, 2018 , DOI: 10.1016/j.actamat.2018.03.053)

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