《Acta Materialia》：Synergistic strength and ductility achieved via dislocation-assisted coherent interface nucleation
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本研究通过锻造工艺获得变形共格α/β界面，显著提升Ti6Al4V合金强度（1182 MPa，+24%）与延展性（17.2%，+55%）。变形共格界面激活多滑移系统，形成位错胞、堆垛层错等自适应纳米结构，促进应变分散与加工硬化，打破传统强度-延展性权衡。
邱尚星|陈从光|杨芳|李欣|苟伟|张秉璐|苏景涛|李阳|王瑞|杨文强|于新阳|张铁桥|郭志猛|郭涛|刘新华
北京科技大学先进材料与技术研究所，中国北京100083
摘要
通常，Ti6Al4V合金需要经过热变形才能在商业应用中达到所需的机械性能。然而，这一过程中会形成大量的非相干α-β界面，这使得同时提高强度和延展性变得困难。本文报道，通过简单的锻造工艺可以直接获得α相和β相之间的相干界面，从而实现了优异的极限抗拉强度（约1182 MPa）和总延伸率（约17.2%），分别比具有非相干界面的等轴微观结构提高了约24%和约55%。相干层状α相与非相干等轴α相之间的显著长程应力激活了多个滑移系，促进了变形诱导的自适应纳米结构的形成，如位错胞、堆垛错位、纳米孪晶和相干纳米晶粒，这些在Ti6Al4V中很少被报道。这些纳米结构有助于位错的转移、存储和限制，从而实现应变软化。此外，层状α相与等轴α相之间的变形应变不匹配激活了异质变形诱导的硬化，进一步增强了加工硬化能力。因此，这种异质结构中的连续应变软化和加工硬化打破了Ti6Al4V长期以来强度和延展性之间的矛盾。
引言
相界（PBs）对于调节双相纳米结构金属的机械性能（如强度和延展性）至关重要[1]。根据界面处原子尺度晶格匹配的程度，相界可以分为相干、半相干或非相干界面[2]。从运动学的角度来看，相干界面不仅具有较低的界面能，同时还能作为位错源和障碍物，从而实现优异的应变兼容性和优越的加工硬化能力[3,4]。然而，半相干和非相干界面往往会导致应变局部化、不稳定，甚至在屈服后立即出现颈缩现象，主要表现为界面处的位错堆积。因此，高密度的相干界面对于提高机械性能（尤其是延展性）非常有益[[5], [6], [7]]。
Ti6Al4V由α相和β相组成，由于其出色的耐腐蚀性和高比强度，是钛工业的支柱[8]。对于商业应用，Ti6Al4V合金需要经过热机械处理（TMP）来获得晶粒细化或位错强化[[9], [10], [11]]。由于α相和β相之间的伯格斯取向关系（BOR）存在偏差，在变形后的Ti6Al4V中很少观察到相干α/β界面[[12], [13], [14]]。因此，具有大量非相干相界面的TMP Ti6Al4V主要受晶内位错滑移的控制，随着变形的进行，这些位错会在非相干界面处堆积[15,16]。此外，包括变形孪晶、位错胞和滑移在内的应变硬化机制在Ti合金中很少被激活，尤其是在非相干Ti6Al4V中，这是由于α相的堆垛错位能较高以及滑移的临界分解剪切应力较高[[17], [18], [19]]。非相干α/β界面处的显著应力集中和有限的应变硬化能力导致TMP Ti6Al4V无法达到更高的强度-延展性平衡。
在这里，通过简单的锻造工艺来调整位错密度、α相的大小以及与β基体的取向失配，可以直接获得变形后的相干α/β界面，而这在TMP Ti6Al4V中通常是无法实现的。相干层状α相与非相干等轴α相之间的相互作用促进了在准静态拉伸载荷下形成罕见的变形诱导自适应纳米结构，如位错胞、堆垛错位、纳米孪晶和相干纳米晶粒，这些在Ti6Al4V中也很少被报道。因此，该合金实现了1182 MPa的极限抗拉强度和17.2%的总延伸率，分别比等轴微观结构提高了约24%和55%。
部分摘录
合金制备
Ti6Al4V粉末的平均粒径约为10 μm，由天津天泰金属材料有限公司提供。首先，将粉末在200 MPa的压力下进行冷等静压30秒，然后在1200 °C下真空烧结2小时以形成坯料。为了控制锻造后的微观结构（包括α相的形态和晶粒尺寸），坯料首先在β相区域进行锻造，然后在α+β区域进行锻造。在β相阶段，采用等温锻造工艺。
微观结构演变
在β→α转变过程中，BCC母晶格特定习性面上的预先存在的位错线降低了成核障碍，从而促进了两种相之间的伯格斯取向关系（BOR）[22,24]。在扩散控制的β→α转变中，位错作为有利的异质成核位点，因为它们的局部应变场和额外的弹性能降低从BCC到HCP的晶格重构的障碍。更重要的是，这种局部晶格畸变
变形相干层状α相的形成
钛合金中的β→α转变遵循两种不同的机制：扩散控制转变和位移控制转变，其中主导路径由冷却速率决定[[22], [23], [24]]。由于样品在锻造后立即空气冷却，β→α转变完全是由扩散控制的，依赖于长程原子扩散来重构晶格。
需要指出的是，本研究中使用的分子动力学（MD）模拟并不
结论
总之，本研究证明了可以通过简单的锻造工艺直接构建出变形后的相干异质结构，这种微观结构在传统的TMP结构中通常被认为是无法实现的。这种前所未有的微观结构在相干层状α相与非相干等轴α相之间产生了显著的长程应力，促进了变形诱导的自适应纳米结构的形成，如位错胞、堆垛错位、纳米孪晶
未引用的参考文献
[26,[41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50],57,68,81]
CRediT作者贡献声明
邱尚星：撰写——原始草稿，验证，方法论，研究，形式分析，数据管理，概念化。陈从光：方法论，研究，形式分析。杨芳：资源获取，资金筹集，概念化。李欣：软件，研究。苟伟：软件，研究。张秉璐：研究。苏景涛：软件，形式分析。李阳：软件。王瑞：研究。杨文强：形式分析。于新阳：软件。张铁桥：
