導讀：本文基于應力誘發β→α′馬氏體相變設計了一種新型的TRIP/TWIP鈦合金，主要變形機制為應力誘發β→α′馬氏體相變、ω逆轉變和α′馬氏體機械孿晶，賦予了該鈦合金6.1GPa的超高應變硬化率，為設計新型TRIP/TWIP鈦合金提供了新的思路。

鈦合金因高比強度、低密度等優點在先進制造領域得到越來越廣泛的應用，但傳統高強度鈦合金一般塑性較低，應變硬化效應不明顯。近年來，研究人員利用相變誘發塑性（TRIP）和孿晶誘發塑性設計制備了一系列具有高應變硬化率的高強度高塑性TRIP/TWIP鈦合金，實現了鈦合金強度和塑性的同步提升。TRIP/TWIP鈦合金的主要變形機制為應力誘發β→α″馬氏體相變、{332}<113> 和{112}<111>機械孿晶，主要靠孿晶界或相界強化，即動態Hall-Petch效應獲得高的應變硬化率。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鈦合金的應變硬化率很難超過2GPa。進一步提高鈦合金的應變硬化效應對于開發高強度高塑性鈦合金至關重要。

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

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

密排六方結構（HCP）的α′馬氏體相比正交結構（Orthorhombic）的α″馬氏體將能提供更顯著的應變硬化效果，因此在本研究中，研究人員基于應力誘發β→α′馬氏體相變設計新型TRIP/TWIP鈦合金Ti-15Nb-5Zr-4Sn-1Fe。為了使合金能在應力誘導下發生α′馬氏體相變，利用d-電子理論和鉬當量進行合金設計，盡量降低合金的穩定性，減小應力誘發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制。

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

圖2. 合金經2%（a-c）和5%（d-e）拉伸變形后的透射電鏡圖

圖3. 合金經不同變形量拉伸變形后的EBSD圖

圖4. 合金經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現，合金的主要變形機制為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>，本研究首次報道了鈦合金這一復雜的變形機制。應力誘發的α′馬氏體和α′馬氏體孿晶以及孿晶間的交互作用帶來優異的應變硬化效果，應變硬化率是傳統TRIP/TWIP鈦合金的3倍，為設計新型TRIP/TWIP鈦合金提供了新的思路。