发布日期：2025-12-09 
点击量：10107众所周知
在结构材料领域
“高强度” 与 “高韧性” 往往难以兼得
近日
新疆湘润新材料科技有限公司一项重大研究
取得关键突破
相关成果以
《基于多功能亚晶界和纳米析出相设计具有2GPa屈服强度的塑性钛合金》
（Designing ductile 2-GPa yielding titanium alloys via multifunctional subgrain boundaries and nanoprecipitates）
为题发表在国际综合类著名学术期刊
《先进科学》
（Advanced Science）
材料科学领域的顶级权威平台
《Advanced Science》
Advanced Science 是 Wiley 出版社旗下的顶级综合性学术期刊，聚焦材料科学、物理化学、工程技术等前沿领域，具有极高的学术影响力和行业认可度。
微观调控破解强度-韧性难题
超高强度金属材料在结构件减重、极端承载等方面的优势在航空航天、武器装备等领域迫切需求，研发具有超高屈服强度（σy ~2GPa）且保持可观均匀延伸率（εu＞5%）的先进金属材料成为当前研究热点之一。目前，仅有少数高强钢和复杂多主元合金能够达到上述性能目标。相比于钢铁和复杂多主元合金，钛合金在比强度、耐蚀性等方面具有明显的优势。尽管研发人员提出了多种钛合金强韧化途径，但是至今尚未成功设计出屈服强度达到2GPa且均匀延伸率εu>5%的超高强钛合金。
2GPa强度与6%延伸率的完美兼顾
针对上述挑战，新疆湘润新材料科技有限公司岳旭总工程师研发团队联合西安交通大学金属材料强度全国重点实验室孙军院士团队的陈威教授，借助完整的工业化生产线与精心设计的热处理工艺，在商用亚稳β钛合金Ti-4Al-5Mo-3V-5Cr-1Fe（wt.%）中构筑了一种新型微观结构，使得钛合金在室温下获得了前所未有的强度-塑性组合：其屈服强度达到创纪录的1929 MPa，抗拉强度达到2014MPa，同时保持了6.2%的均匀延伸率，其强度-塑性组合远超以往报道的所有高强钛合金。同时，该合金具有远超高强钢和复杂多主元合金的比强度（图1）。
图1 研制的钛合金具有创记录的高强度和良好的塑性匹配
这种极致的强度-塑性性能主要得益于精心设计的“纳米孪生α析出相+超细β亚晶”微观组织结构（图2）。其中，由ω前驱体介导的高密度纳米级α析出相不仅具有显著的强化效应，而且α相之间形成孪生对，通过共格孪晶界有效缓解半共格α/β界面的应变不相容性，进而提高塑性。同时，超细β亚晶界扮演多重功能：除了在塑性变形过程中阻碍位错运动并协调塑性变形，在时效过程中β亚晶界促进非连续的纳米α片析出。与传统β晶界处析出的连续晶界α膜不同，这种非连续的亚晶界纳米α片不仅可以作为位错源发射位错促进塑性变形，还可以阻碍位错滑移以增加应变硬化率提高均匀延伸率。塑性变形过程中，高应力驱动的化学异质性（图3）能够与位错产生强烈的相互作用，使位错运动变得“迟缓”，增加位错间交互作用的机会，这有利于提高材料的加工硬化能力，延缓颈缩发生。
图2 构筑的“纳米孪生α析出相+超细β亚晶”微观结构
图3 组织中存在的局部化学元素偏聚
图4工程化初步生产的超高强度钛合金丝材
以上研究工作得到了2022年自治区重点研发任务专项-新疆钛资源高值化关键技术研发专项——“高品质海绵钛及高性能钛合金材料关键技术研发”（项目编号：2022B01029）的资助。
深耕材料领域的科研力量
本次研究由西安交通大学、新疆湘润新材料科技有限公司等单位的科研人员联合完成。团队依托顶级科研平台、产学研协同优势及长期积累的技术沉淀，在金属材料领域形成了鲜明的研究特色。
本项研究不仅突破了当前钛合金的强度极限，还验证了“纳米孪生α析出相+超细β亚晶”的组织设计策略在工业化生产中的可行性，已初步生产出钛合金超高强度丝材，在航空航天、兵器装备等领域的结构件极限承载方面具有广泛的应用前景。
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