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1. 简介

本研究探究了一种新型α+β双相钛合金在400°C时效过程中多种亚稳相（包括α″、ωath和βm）的协同演化行为。β相的详细时序转变序列为：ωath + α″ + βr → α″ + ωiso → ωiso + αs → αs。时效动力学可分为三个阶段：(i) 初始阶段（t 。

研究建立了亚稳相转变、相尺寸、体积分数与拉伸性能间的明确关联，实现了1200 MPa至1700 MPa的大范围强度调控。该工作不仅为双相钛合金中多亚稳相共存转变机制提供了新见解，更为通过亚稳相设计强化钛合金提供了重要指导。

2. 文章亮点

1. 多亚稳相协同演化机制的揭示
首次系统阐明了新型α+β双相钛合金在时效过程中α″、ωath和βm等亚稳相的协同演化行为，明确了β相的时序转变路径（ωath + α″ + βr → α″ + ωiso → ωiso + αs → αs），并划分出三个动力学阶段，为理解多相共存体系的相变机制提供了新视角。

2. 纳米相调控实现高强度-塑性协同
通过精确控制ωiso和αs纳米相的共沉淀与尺寸演化，在1680 MPa超高强度下仍保持6%的延伸率，突破了传统钛合金强度-塑性的权衡关系，为高性能钛合金设计提供了新策略。

3. 亚稳相工程指导材料性能定制
建立了亚稳相转变-微观结构-力学性能的定量关联，实现了1200-1700 MPa大范围强度可调，并通过ωiso辅助αs异质形核的机制优化，为钛合金的靶向性能设计提供了理论依据和工艺窗口。

3. 研究背景

钛合金因其优异的强度-密度比、出色的耐腐蚀性和疲劳性能，成为航空航天、海洋工程和化工领域的关键结构材料。随着新一代高端战略装备的快速发展，对高强度钛合金（HS-TAs）的需求日益迫切。这类合金在实现关键部件减重的同时提升综合性能方面具有不可替代的作用。目前，HS-TAs的强塑性平衡主要通过沉淀强化实现，其核心是几种典型亚稳相（如α′、α″、ω及亚稳β相）的分解。这些在固溶处理中形成的亚稳相作为过渡结构，能够促进细小的次生α相（αs）形核，从而为HS-TAs的微观结构设计提供多样化策略。例如，ωath辅助α形核可实现多晶变体αs的均匀分布；而通过α″马氏体向细α/β相的转变，可构建具有理想强塑性组合的多尺度分级异质结构。亚稳相不仅在高强度结构钛合金中至关重要，还对超弹性钛合金和增材制造钛合金的微观结构演化与性能调控具有决定性影响。

然而，亚稳相转变本质复杂，通常涉及多步过渡过程。尤其当多种亚稳相共存时，其在时效过程中的竞争性或顺序性转变路径仍缺乏系统研究，相应的力学性能演化机制亦未充分阐明。本研究针对新型Ti-6Al-2Fe-2.5Nb-1.5Mo-1.5V-1.5Zr合金（简称Ti18，wt.%）时效过程中多亚稳相共存转变行为展开研究，阐明其对拉伸性能的影响，旨在为通过亚稳相工程精确调控钛合金性能奠定科学基础。

4. 图文解析

5. 文章结论

本研究通过成分设计策略在固溶处理中实现了多种亚稳相（ωath、α″和βm）的共存，并系统研究了其在时效过程中的演化行为及其对强度与塑性的独特影响，为高强度钛合金（HS-TAs）的亚稳相工程提供了新见解。这些亚稳相的协同演化遵循分层转变序列，涵盖三个阶段：ωath相的快速分解（阶段I）、α″→αs转变与ωiso相的析出/生长（阶段II）、以及ωiso辅助αs形核与αs粗化（阶段III）。通过调控亚稳相组合，实现了1200-1700 MPa的宽范围强度可调性。值得注意的是，当纳米级ωiso与αs相共存时，合金展现出卓越的强度（1680 MPa）与塑性（6.0%）协同效应，优于同类典型HS-TAs在相同塑性水平下的性能。

研究揭示了亚稳相尺寸、体积分数与拉伸性能间的定量关联，为通过亚稳相设计优化钛合金综合力学性能提供了科学依据。α″马氏体正交性调控和ωiso辅助的αs异质形核机制，分别成为提升合金强度与维持塑性的关键因素。此外，时效后期αs相的粗化导致的脆化现象，进一步强调了亚稳相稳定性控制的重要性。这项工作不仅深化了对双相钛合金中多亚稳相共存转变机制的理解，更为开发兼具超高强度与良好塑性的新型钛合金奠定了工艺理论基础。

全文链接

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.117022