近期，郑晓东博士为第一作者，郑士建教授和马英杰研究员为共同通讯作者，在金属材料顶刊Acta Materialia上发表了题为 “{10-12} twinning induced by the interaction between {11-21} twin and β phase in α+β Ti alloys” 的学术论文。该研究利用透射电子显微术，结合有限元计算模拟，揭示了双相钛合金中{11-21} 孪晶与α/β相界的交互作用机制，为进一步设计制造高强高韧先进钛合金提供了理论基础。
01 背景介绍
双相α+β钛合金因其低密度、高强度、良好的塑性及优异的损伤容限性能而被广泛地应用于航空航天、生物医疗等领域。其中，α/β两相界面对双相钛合金的性能有至关重要的影响。在双相α+β钛合金中，由于α与β两相存在Burgers取向关系，α/β界面可以使得具有特定柏氏矢量的位错穿过，从而导致在同一晶粒中，双相钛合金的变形具有各向异性。因此位错与α/β界面的交互作用机制及其对双相钛合金力学性能的影响引起了材料学者浓厚的研究兴趣。近期的研究显示，在剧烈变形及断裂过程中，变形孪晶成为了双相钛合金中除位错滑移外的另一主要变形方式。因此，孪晶与α/β界面的交互作用成为了决定双相钛合金力学性能的又一重要因素。然而，迄今为止，研究者对于双相钛合金中孪晶与α/β界面的交互作用机制还知之甚少。
02 本文亮点
本文利用透射电子显微术并结合有限元模拟，揭示了双相钛合金中{11-21}孪晶与α/β界面的交互作用机制。可以看到，拉伸变形之后，大量变形孪晶出现在拉伸断口附近，成为主要的变形方式之一。不同于其他合金中孪晶与第二相的交互作用方式（即孪晶穿过第二相仅仅引起第二相发生塑性或弹性变形）， {11-21}孪晶与α/β界面的交互作用会促使交互作用区域产生一系列的{10-12}孪晶，以此释放界面处的应力集中。同时，{10-12}孪晶的形核还受到β相厚度的影响，随着β相厚度增加，交互作用区域四角象限的应力集中加剧，促使{10-12}孪晶从最开始的只在钝角侧形核演变为同时在钝角侧及锐角侧形核，以此来释放更大的应力集中。
03 总结展望
本文通过探究拉伸变形后断口处双相钛合金中孪晶与β相的交互作用机制，使人们对于双相钛合金剧烈变形及断裂过程的变形机制有了更深入的认识。与此同时，研究成果也揭示了β相厚度对双相钛合金的力学行为和变形特征的显著影响，为进一步通过调控β相厚度来设计制造新一代高强高韧钛合金奠定了理论基础。