亚稳态β-Ti合金具有高比强度、良好的时效淬透性和良好的耐腐蚀性等优异性能，受到各行业的广泛关注，特别是在要求高强度和良好延展性/韧性的航空航天领域。随着使用要求的日益严格，人们尝试通过各种热机械工艺来调节微观组织，以改善力学性能。其中晶界(GBs)和α/β相界(PBs)是控制钛合金力学性能的两个决定性因素。

本研究采用CBE策略，基于d电子理论和e/a电子浓度两种半经验方法，设计了一种具有微米尺度亚晶的新型亚稳β Ti-4.5Al-4.5Mo-7V-1.5Cr-1.5Zr (wt.%)合金。根据这种方法，我们制备了一种具有超细分层非均质组织的超强延展性β-钛合金，其特征是分布在纳米级β-域的多结构α沉淀。时效后的Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr合金与锻造后的Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr合金相比，空冷后的Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr合金具有多组织α析出，且具有较好的强度-塑性组合(屈服强度~ 1366 MPa，塑性~ 9.3%)。

在此，西安交通大学张静言、匡杰等团队进行了研究。制备了一种具有超细分层非均质组织的超强延展性β-钛合金。相关研究成果以题“Spinodal decomposition-mediated multi-architectured α precipitates making a metastable β-Ti alloy ultra-strong and ductile”发表在Journal of Materials Science & Technology上。

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030224000926

图2所示。本研究中热机械过程和后续时效热处理的示意图。

图3所示。锻造合金的形貌:(a) SEM图像显示αp相;(b) TEM图像显示亚晶界和αs，沿[110]β观察插入的SAED模式显示αs的存在。(c)显示实验室(红线)和有害藻华(蓝线)存在的EBSD方位图;(d) αp尺寸分布，(e) αs宽度和长度分布，(f)亚晶粒尺寸分布。

图4所示。锻造合金的STEM表征结果。(a) HAADF-STEM(高角度环形暗场)图像显示明暗条纹结构;(a1, a2) (a)框框区域Ti和V元素的STEM-EDS图;(b) HAADF-STEM图像显示了不同亚颗粒中分布的各种条纹方向和特定角度;(c) (b)中框状区域的近照，显示条纹结构的细节(黄色虚线)和αs(白色箭头);(d, e) TEM图像显示微观结构的细节:条纹，α沉淀和SGBs。

图6所示。时效合金的形貌。(a)亚微米级和微米级αp相的低倍率SEM图像;(b)高倍扫描电镜图像，显示纳米级αs短相和长相，分别用蓝色和橙色箭头/圆圈标记;(c) EBSD表征结果:显示lab(红线)和HABs(蓝线)存在的取向图。插图为失向角分布;(d)亚微米级和微米级αp粒径分布;(e)纳米尺度αs分布的宽度和长度。(f)亚粒度分布。

图7。ST态简单(a-a2)和不同时效时间的SEM和TEM形貌:(b-b2) 0 min(锻造)，(c-c2) 2 min， (d-d2) 10 min， (e-e2) 6 h，然后进行水冷却。

图10。不同状态下Ti合金的拉伸性能。(a)锻造和时效试样的工程应力-应变曲线，插图为相应的拉伸数据;(b)我们设计的合金与其他高强度β-Ti合金的屈服强度和总延伸率的比较

这项研究基于d电子理论和e/ A电子浓度两种半经验方法，成功设计了新型双相Ti-4.5Al-4.5Mo-7V-1.5Cr-1.5Zr亚稳β-钛合金。并对其相关的力学性能，微观结构特征，变形和强化机制进行了深入的研究。Spinodal分解结构中的边界在塑性变形中起着重要的作用，它既是位错的屏障，提高了合金的强度，又是位错的活跃区，促进了塑性应变的扩展。

时效后的β-Ti合金在spinodal分解结构的介导下，呈现出从微米级(初生αp)到纳米级(次生αs)的多晶相，并均匀分布在β-畴内。非均质多晶结构导致拉伸过程中产生较大的背应力，使时效的Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr合金得到显著强化。时效合金具有高屈服/抗拉强度(~ 1366/1424 MPa)和良好的延展性(~ 9.3%)。

由于其化学成分和晶格应变的不均匀性，旋多分解结构在形成多结构α析出物中起着重要作用。一方面，这种结构为αs板的形核提供了强大的驱动力，可以细化αs析出物。另一方面，它对αs变体的选择也有强烈的影响，促进了相交和平行αs沉淀的形成。