热变形-时效协同构建双异质结构实现TC18钛合金超高强化的机制研究

为解决航空航天用TC18钛合金强度不足的瓶颈问题，研究人员通过热压缩-时效协同工艺构建了包含微米级αp相与纳米级αs相的双异质结构，创新性地形成"竹林型"和"马赛克型"αs相空间排布模式。该研究实现了1663.66 MPa的极限抗拉强度，为钛合金强韧化设计提供了新范式。

　　

在航空航天领域，钛合金因其优异的比强度和耐腐蚀性成为关键结构材料，但传统TC18合金经固溶时效处理(STA)后强度仅达1300 MPa，难以满足飞机起落架等承力部件的性能需求。现有研究虽通过双相区热轧、激光增材制造等手段构建异质结构取得进展，但普遍存在工艺复杂或强度提升有限的问题。如何通过简易工艺实现钛合金的突破性强化，成为亟待解决的科学难题。

贵州某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地采用两相区热压缩结合时效处理的短流程工艺，在TC18合金中成功构建了具有多尺度特征的双异质结构。该结构包含两个关键维度：一是微米级初生α相(α_p)与纳米级次生α相(α_s)的尺寸异质性，二是α_s相"竹林型"（平行排列）和"马赛克型"（交错分布）的空间排布异质性。这种独特的结构设计使合金获得1663.66 MPa的超高抗拉强度，较传统STA工艺提升28%。

研究采用热模拟试验机进行两相区(α+β相区)热压缩，结合不同温度时效处理。通过SEM、EBSD和TEM表征微观组织演变，利用能谱分析Al、Mo元素扩散行为，并通过拉伸试验评估力学性能。

【Microstructure evolution】部分揭示：热压缩在β基体中引入位错和晶格畸变，为时效过程中α_s相析出提供形核位点。TEM显示未时效样品中未见α_s相，而经时效处理后，β晶界和晶内均出现纳米级α_s相，尺寸随时效温度升高从35 nm增至120 nm。

【Formation of dual-heterogeneous structure】阐明其形成机制：热压缩时大尺寸α_p相保留而小尺寸α_p相溶解，形成微米/纳米双尺度α相；Al、Mo元素扩散抑制α_s相粗化，同时位错重组诱导α_s相呈现两种特征排布——高密度位错区形成短程有序的"马赛克型"，低密度位错区形成定向生长的"竹林型"。

【Conclusion】总结该双异质结构的协同强化机制：1) 多尺度α相产生背应力强化；2) "竹林型"排布通过阻碍位错运动提升强度，"马赛克型"排布通过激活非基面滑移改善塑性；3) 纳米α_s相钉扎晶界抑制β晶粒长大。该研究为航空航天钛合金构件的高效制备提供了新思路，其短流程工艺设计对降低制造成本具有重要工程价值。

值得注意的是，研究团队通过贵州科技计划项目([2023]278号)支持，验证了该工艺的工业化可行性。通讯作者zhao fei（注意作者名大小写）提出的"缺陷辅助α相调控"策略，为开发新一代高强韧钛合金奠定了理论基础。