宽温域下亚稳β钛合金Ti-10Mo-1Fe的层错能与塑性变形机制耦合关系研究

本研究针对亚稳β型Ti-10Mo-1Fe合金在宽温域（77-1173 K）塑性变形机制调控难题，通过系统实验与热力学计算，揭示了层错能（SFE）与温度对变形机制（TWIP/TRIP/DRX）的协同作用规律，建立了"SFE-温度-微观结构"关联模型，为优化合金加工工艺与力学性能提供理论支撑。

　　

钛合金作为"太空金属"和"海洋金属"，其性能调控一直是材料科学的研究热点。其中亚稳β型钛合金因其独特的强度-塑性平衡和优异的耐腐蚀性，在航空航天、生物医疗等领域展现出巨大潜力。然而这类合金的塑性变形机制异常复杂，受温度影响显著——从液氮温度下的相变孪生到高温下的动态再结晶，不同温区主导机制迥异，且与层错能（Stacking Fault Energy, SFE）存在微妙关联。这种机制多样性虽然赋予材料优异的性能可调性，但也给加工工艺优化带来巨大挑战。西北有色金属研究院的研究团队选择典型合金Ti-10Mo-1Fe，在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究成果，首次系统揭示了该合金在77-1173K全温域内的变形机制演变规律。

研究采用压缩变形实验结合透射电镜（TEM）分析，通过不同应变速率（0.001-0.01 s^-1）下的力学测试和微观结构表征，结合热力学SFE计算，构建了多尺度关联模型。低温区（77K）发现应力诱发马氏体相变和纳米孪生主导变形，中温区以位错滑移为主，高温区则出现动态回复（DRV）和动态再结晶（DRX）。特别值得注意的是，SFE随温度升高从-57.72 mJ/m²增至318.60 mJ/m²，这种反常的负值到正值的转变直接调控着变形机制的切换。

在"低温与室温变形"部分，研究揭示了应变速率敏感性：0.001 s^-1时出现"二次屈服"现象，对应应力诱发α"马氏体相变；而0.01 s^-1时则以{332}<113>机械孪生为主。TEM分析证实孪晶界面的层错结构是塑性变形的重要载体。"应力诱发相变与孪生"章节通过选区衍射证明，带状结构界面处的亮斑对应α"马氏体相，其形成能垒与SFE密切关联。高温变形机制部分则区分了不连续DRX（DDRX）的晶界鼓凸机制和连续DRX（CDRX）的亚晶成熟机制，二者竞争关系受温度与应变速率共同调控。

这项研究的核心突破在于建立了首个涵盖亚稳β钛合金全温域的"SFE-温度-变形机制"定量关系模型。该模型不仅解释了Ti-10Mo-1Fe异常塑性行为的物理本质，更指导性地指出：在SFE<0区域通过TWIP/TRIP效应实现超塑性，而在SFE>200 mJ/m²区域可利用DRX细化晶粒。这对航空航天关键部件的热加工工艺制定具有重要指导价值——例如低温成形可保留高强度相变组织，而高温退火则可获得均匀的再结晶组织。研究团队Wei Wang、Kuaishe Wang等强调，该模型可推广至其他亚稳β钛合金体系，为开发新一代高性能钛合金提供普适性理论框架。