扭折带诱导的层状α+β Ti合金中的β→α相变

由六边形堆积（HCP）α相和体心立方（BCC）β相组成的双相α+β Ti合金因其高比强度、低密度和显著的耐腐蚀性而受到广泛关注。与双峰或全等轴α+β Ti合金相比，具有全片层结构的α+β钛合金具有更好的断裂韧性、抗疲劳裂纹扩展性能，即良好的损伤容限，可用于航空工业。这是因为全片层α+β Ti合金由大量的α/β界面组成，不仅可以阻碍位错运动，还可以作为位错源促进位错的产生。实际上在变形过程中，全片层α+β Ti合金可以刺激位错和变形孪晶，以适应塑性变形。这样，位错/孪晶与β相之间的相互作用是不可避免的，这将显著影响合金的性能。因此，探索全片层α+βTi合金的变形模式及其与β相的相互作用机制尤为重要。

      来自河北工业大学的Xiaodong Zheng等人在全片层Ti-6Al-4V合金中观察到了一个新的变形带（DB）。通过透射电子显微镜（TEM）研究，DB被确定为由{1010}棱镜平面上的<a>位错堆积产生的扭折带（KB）。更有趣的是，KB可以穿过β相，然后诱导从β相到α相的相变，并指出伴随的成分变化可能是在严重变形条件下由高变形能驱动的扩散所调节的。

图1 退火后全层Ti-6Al-4V合金的微观组织和拉伸变形后DB的典型形态：（a）退火后α相和β相交替分布的全层Ti-6-Al-4V合金形态；（b）DB的BF TEM图像；（c） DB的DF TEM图像；（d）矩阵和数据库之间接口的HRTEM图像。

图2 借助SAED模式和Kikuchi模式获取的[1-210]_M方向下基质和DB的典型形态：（a） DB的BF TEM图像；（b） DB的DF TEM图像；（c） 基质SAED模式；（d） DB的SAED模式；（e） Kikuchi矩阵模式；（f） DB的Kikuchi模式。

图3 β相和KB之间相互作用区域的形态：（a）KB的典型BF-TEM图像；（b） β和KB之间的相互作用区域的HRTEM图像，如（a）所示；（c，d）分别在（b）中指示的白色和黄色正方形中所示的区域的对应FFT；（e） KB和β相之间相互作用区域的典型HADDF-STEM图像，以及右下角β相剪切变形的放大形态；（f） 相互作用区域的EDS分析如（e）所示，显示在KB剪切的β相中Ti、Al占优势，而V、Fe很少。

图4 （a）KB形成过程示意图；(b) 模拟了KB与基体的原子界面结构。

图5 β-α转变过程中BCC β相和HCP α相之间的三维示意晶格对应关系。（a） β的原始三维晶格结构；（b） 从β相到α相的转变；（c） α相的最终三维晶格结构

      总的来说，该项工作发现了大量的纳米级DB出现在全片层Ti-6Al-4V合金经拉伸变形后的裂痕附近。根据HRTEM和Kikuchi模式，DB被确定为由α相中{10-10}棱柱面上的1/3 a<11-20>位错累积形成的KB，其导致相对于基体围绕[0001]方向的旋转角为5-15°。此外，本工作中还观察到KB可以穿过β相。在KB和β相相互作用后，在严重塑性变形下，β相将按照Burgers取向关系转变为α相。所有这些发现为进一步深入了解层状α+β Ti合金的变形行为提供了依据。