導(dǎo)讀：本文基于應(yīng)力誘發(fā)β→α′馬氏體相變設(shè)計(jì)了一種新型的TRIP/TWIP鈦合金，主要變形機(jī)制為應(yīng)力誘發(fā)β→α′馬氏體相變、ω逆轉(zhuǎn)變和α′馬氏體機(jī)械孿晶，賦予了該鈦合金6.1GPa的超高應(yīng)變硬化率，為設(shè)計(jì)新型TRIP/TWIP鈦合金提供了新的思路。

鈦合金因高比強(qiáng)度、低密度等優(yōu)點(diǎn)在先進(jìn)制造領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)高強(qiáng)度鈦合金一般塑性較低，應(yīng)變硬化效應(yīng)不明顯。近年來，研究人員利用相變誘發(fā)塑性（TRIP）和孿晶誘發(fā)塑性設(shè)計(jì)制備了一系列具有高應(yīng)變硬化率的高強(qiáng)度高塑性TRIP/TWIP鈦合金，實(shí)現(xiàn)了鈦合金強(qiáng)度和塑性的同步提升。TRIP/TWIP鈦合金的主要變形機(jī)制為應(yīng)力誘發(fā)β→α″馬氏體相變、{332}<113> 和{112}<111>機(jī)械孿晶，主要靠孿晶界或相界強(qiáng)化，即動態(tài)Hall-Petch效應(yīng)獲得高的應(yīng)變硬化率。但α″馬氏體和β孿晶本身較軟，所能提供的硬化效果有限，使得目前的TRIP/TWIP鈦合金的應(yīng)變硬化率很難超過2GPa。進(jìn)一步提高鈦合金的應(yīng)變硬化效應(yīng)對于開發(fā)高強(qiáng)度高塑性鈦合金至關(guān)重要。

北京航空航天大學(xué)在TRIP/TWIP鈦合金開展了系列研究工作，開發(fā)了強(qiáng)塑積高達(dá)42.6GPa%和45GPa%的鈦合金，相關(guān)成果發(fā)表在金屬領(lǐng)域頂刊《Scripta Materialia》上（Scr. Mater. 156, 47-50, 2018; Scr. Mater. 184, 6-11,2020）。近期，研究人員設(shè)計(jì)了一種超高應(yīng)變硬化率的新型TRIP/TWIP鈦合金，應(yīng)變硬化率高達(dá)6.1GPa，研究成果以“Ultrahigh strain hardening in a transformation-induced plasticity and twinning-induced plasticity titanium alloy”為題發(fā)表在《Scripta Materialia》上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.06.029

密排六方結(jié)構(gòu)（HCP）的α′馬氏體相比正交結(jié)構(gòu)（Orthorhombic）的α″馬氏體將能提供更顯著的應(yīng)變硬化效果，因此在本研究中，研究人員基于應(yīng)力誘發(fā)β→α′馬氏體相變設(shè)計(jì)新型TRIP/TWIP鈦合金Ti-15Nb-5Zr-4Sn-1Fe。為了使合金能在應(yīng)力誘導(dǎo)下發(fā)生α′馬氏體相變，利用d-電子理論和鉬當(dāng)量進(jìn)行合金設(shè)計(jì)，盡量降低合金的穩(wěn)定性，減小應(yīng)力誘發(fā)α″馬氏相變的可能性，用XRD、TEM和EBSD表征分析了合金的變形機(jī)制。

圖1. （a-b）為合金固溶態(tài)微觀組織；（c）力學(xué)性能；（d-e）變形前后的XRD圖

圖2. 合金經(jīng)2%（a-c）和5%（d-e）拉伸變形后的透射電鏡圖

圖3. 合金經(jīng)不同變形量拉伸變形后的EBSD圖

圖4. 合金經(jīng)不同變形量拉伸變形后的孿晶分析（a1-c1）和KAM圖（a2-c2）

對變形后的微觀組織表征發(fā)現(xiàn)，合金的主要變形機(jī)制為β + ω → β + ω + α′_p + {-1011}<10-12> → β + ω + α′_p + α′_s + {-1011}<10-12> → β + α′_p + α′_s + α′t+ {-1011}<10-12> + {11-22}<11-2-3>，本研究首次報(bào)道了鈦合金這一復(fù)雜的變形機(jī)制。應(yīng)力誘發(fā)的α′馬氏體和α′馬氏體孿晶以及孿晶間的交互作用帶來優(yōu)異的應(yīng)變硬化效果，應(yīng)變硬化率是傳統(tǒng)TRIP/TWIP鈦合金的3倍，為設(shè)計(jì)新型TRIP/TWIP鈦合金提供了新的思路。