雙相(α+β)鈦合金由於具有良好的微觀組織和力學效能而具有廣泛的工程應用。由於內在的複雜性，其潛在的微觀變形機制激發了學者們廣泛的科學興趣。相比於研究鈦合金α相晶界的變形，關於α/β相界的研究較少。關於雙相鈦合金，雖然現在已有研究位錯和α/β相界間的相互作用，但是對於α相的機械孿生和跨α/β相界的遷移研究很少，對於其最初的傾向性，晶體學起源和微觀力學的研究仍十分匱乏。

美國麻省理工學院的研究人員闡明瞭變形時α/β相界上發生的變化，透過晶體學計算，揭示了Schmid因子和Luster–Morris引數的組合，能夠對滑移孿生的初始傾向進行合理的量化。相關論文以題為“Slip-twin transfer across phase boundaries: An in-situ investigation of a Ti-Al-V-Fe(α+β) alloy”發表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116520

本研究使用的鈦合金為Ti-4.0Al-2.5V-1.5Fe(wt%)，經電弧熔鍊、熱機械加工、冷軋、退火，最終形成研究所需板材。研究發現鈦合金α相通常表現出較低的晶體對稱性，其塑性變形引起的變化主要由兩個因素影響：位錯滑移和機械孿晶。兩個固有材料因素(晶體結構和臨界分切應力)已被證實是影響塑性變形的重要指標。而β相(bcc)表現出較高的對稱性，因此塑性更傾向於各向同性。在滑移孿晶中，{112}(111)滑移系統的啟用比{110}(111)滑移系統更顯著。

圖1 Ti-Al-V-Fe合金在未變形狀態下的微觀結構(a) EBSD圖；(b) α相的極圖；(c) β相的極圖；(d)(e) α相和β相的粒度統計

圖2 室溫下單軸拉伸(a)工程應力-應變曲線和區域性應變剖面；(b)應變硬化速率圖。

圖3拉伸變形過程中滑移孿晶傳遞觀測(a1)-(a4)滑移-孿晶傳遞的存在；(b1)-(b4)出現雙滑移孿晶

圖4 (a1)、(b1) IPF圖；(a2)-(a4)、(b2)-(b4) 滑移孿晶痕跡分析

圖5 滑移孿晶傳遞的微觀變化(a1)-(c1) 不同情況示意圖；(a2)-(c2) 應變圖；(a3)-(c3) 區域性應變演化曲線

當滑移只發生在α相或β相內時，隨著塑性變形的進行，最大區域性應變差和區域性應變梯度均呈單調顯著增加趨勢，表明存在較大的應變不相容性和區域性化。相比之下，當啟用滑移孿晶轉移時最大區域性應變差和區域性應變梯度變化平和很多，即使在較高的變形水平下，也只有細微的增加。說明滑移孿晶變化機制確實可以在相界上引發更協調的變形，使應變離域化。

總的來說，本研究利用原位SEM/EBSD和基於顯微組織的應變對映，研究了α/β相界的滑移孿晶變化。滑移孿晶變化的啟用不僅緩解了α/β相界的應變不協調，還緩解了應變梯度，這是促進形變均勻性的潛在機制。本文為後續雙相鈦合金的塑性變形研究提供了理論基礎。（文：破風）