【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，上?？萍即髮W創(chuàng)意與藝術(shù)學院智造系統(tǒng)工程中心(CASE)張振波課題組在金屬材料領(lǐng)域核心期刊Acta Materialia上發(fā)表了題為“On the origin of grain boundary α phase mediated strain localization and crack initiation in metastable β titanium alloy”的研究論文，揭示了增材制造亞穩(wěn)β鈦合金中，晶界α相誘導的微觀應(yīng)變局域化與氫致裂紋萌生機制，為增材制造高強鈦合金在深海裝備等臨氫環(huán)境下的使役性能優(yōu)化提供了重要理論依據(jù)。
 

　　鈦合金具有高比強度和耐腐蝕等優(yōu)點，是航空航天與深海等重大裝備制造領(lǐng)域的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。然而，在利用增材制造技術(shù)制備的亞穩(wěn)β鈦合金中，α相易于在晶界優(yōu)先析出形成連續(xù)的晶界α相，是影響合金力學性能的關(guān)鍵因素之一。因此，建立晶界α相與合金在外加載荷條件下應(yīng)變局域化程度的定量關(guān)系，對于調(diào)控增材制造鈦合金微觀組織優(yōu)化使役性能、實現(xiàn)使役壽命的可靠預測具有重要意義。
 

　　本研究針對增材制造新型高強鈦合金(Ti-3Al-6Fe-6V-2Zr)，利用原位高分辨數(shù)字圖像相關(guān)(HR-DIC)技術(shù)結(jié)合跨尺度組織表征，定量表征了合金在外加載荷條件下的微觀應(yīng)變演化過程，獲得了含氫環(huán)境下與晶界α相關(guān)聯(lián)的微觀應(yīng)變局域化和裂紋萌生與擴展行為。結(jié)果表明，在塑性變形早期，與晶界α相近鄰的析出相貧化區(qū)(PFZ)產(chǎn)生了高達晶內(nèi)應(yīng)變兩個數(shù)量級的微觀局域化應(yīng)變(圖1)；在含氫環(huán)境下，晶界α相在氫和β相晶格膨脹導致的高應(yīng)力共同作用下發(fā)生氫致裂紋萌生，該裂紋與析出相貧化區(qū)內(nèi)的高度局域化位錯滑移交互作用，導致裂紋快速擴展，使合金塑性和韌性顯著降低(圖2)。
 

圖1 增材制造Ti3662合金中晶界α相導致的微觀應(yīng)變局域化和裂紋萌生
 

圖2 增材制造Ti3662合金晶界α相和氫致裂紋萌生擴展行為
 

　　該工作揭示了亞穩(wěn)β鈦合金中連續(xù)晶界α相引起的應(yīng)變集中和氫致裂紋萌生和擴展機制，為理解增材制造亞穩(wěn)β鈦合金在深海臨氫環(huán)境的使役行為、建立微觀組織設(shè)計優(yōu)化準則奠定了理論基礎(chǔ)。
 

　　上?？萍即髮W博士研究生常家強為論文第一作者，上?？萍即髮W創(chuàng)意與藝術(shù)學院張振波教授與中國科學院金屬研究所馬英杰研究員為共同通訊作者，上?？萍即髮W為第一完成單位。