[ 信息发布:本站 | 发布时间:2025-12-04 | 浏览:150次 ]

在航空航天、国防、海洋、医疗等关键领域，钛合金作为先进轻质材料，其重要性不言而喻。然而，理想钛合金需同时具备高屈服强度、高均匀伸长率和高断裂韧性，但这三者之间存在根本性权衡，强度提升往往导致韧性下降，且高强钛合金均匀伸长率通常仅为百分之几，严重制约了其服役可靠性。长期以来，如何平衡这些性能指标，成为钛合金研发领域的一大挑战。

近日，西北工业大学沈将华团队针对高强钛合金“强而不韧”的行业痛点，提出双重设计策略，成功攻克了α - β钛合金（钛工业主力材料）屈服强度 - 均匀伸长率权衡的难题。不仅如此，该团队的概念框架还意外破解了钛合金研发中高氧含量脆化这一长期困扰的难题。

团队研发的核心思路聚焦于通过微观结构控制实现有效的棱锥面滑移传递，具体围绕原始β晶粒的形貌与尺寸，以及α - β层状结构这两个关键特征展开。研究发现，细小的等轴原始β晶粒有助于提升结构均匀性并降低各向异性，且氧与铁均能促进钛合金中柱状晶向等轴晶的转变。

微观结构设计的有效落地，关键在于工艺方案的精准匹配。实验显示，将制备工艺从激光定向能量沉积（DED - LB，冷却速率10² - 10⁵°C/s）转变为激光粉末床熔融（PBF - LB，冷却速率10⁵ - 10⁷°C/s），可显著细化Ti - 0.45O - 4Fe合金的等轴原始β晶粒。鉴于PBF - LB工艺具备超高冷却速率与优异的设计灵活性，团队最终选定该工艺。此外，PBF - LB后的退火处理同样至关重要。这一步骤不仅能释放残余应力、消除亚稳相、形成稳定的α - β层状结构并调节α相层厚，还能降低各相中初始位错密度，因为过高的位错密度会阻碍棱锥面滑移的激活与传递。

该团队提出的“微观设计 + 工艺优化”集成框架取得了突破性进展，为钛合金产业发展开辟了广阔空间。若进一步融合智能仿真与高通量实验技术，有望进一步降低研发成本、提升迭代效率。同时，高氧脆化难题的解决能够放宽原料氧含量要求、提高原料利用率，为高性能钛合金规模化量产奠定坚实基础。这一成果不仅彰显了我国科研团队在钛合金研发领域的创新实力，也为相关关键领域的发展提供了有力支撑。