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超塑性成型技术有望解决复杂构件的成型问题，颇具应用前景。然而，目前多数金属超塑性成型的温度较高且应变速率极为缓慢，这增大了超塑性成型的能耗与时间，并使成型后的材料表面发生了严重的氧化，制约了该技术的广泛应用。 

中国科学院金属研究所杨柯、任玲研究团队，与澳大利亚皇家墨尔本理工大学邱冬研究团队合作，在前期开发的高性能双相核壳纳米结构Ti6Al4V5Cu合金基础上，设计并制备了具有多相纳米网状结构的新型钛合金（图1）。它利用基体中的纳米β网促进微纳米晶晶粒间的滑移与倾转，并利用沿/β相界钉扎的纳米Ti2Cu相提高该纳米网状结构的稳定性（图2），全面提升材料的超塑性变形能力。这一组织设计使材料的超塑性变形温度较Ti6Al4V合金下降约250℃，在750℃和应变速率高达1 s-1的条件下，可获得超过900%的延伸率，意味着该材料超塑性变形的应变速率较现有材料提高了2～4个数量级（图3）。在超塑性变形后，多相纳米网状结构钛合金的组织不会粗化长大，解决了材料超塑性变形能力与组织热稳定性之间的固有矛盾（图4），对于推动超塑性成型技术的发展具有重要意义。 

图1. 多相纳米网状超塑性钛合金的组织设计、制备与表征。（A）组织设计思路；（B）材料制备流程；（C）初始态组织的EBSD表征结果；（D）初始态组织的高分辨TEM观察。

图2. 原位SEM观察高温拉伸过程中材料的超塑性变形机制。(A-D）SEM组织演变；（E）应变分布图；（F）晶粒滑移与倾转机制的示意图。

图3. 多相纳米网状Ti6Al4V5Cu合金的力学性能。（A）室温拉伸性能；（B）高温拉伸性能；（C）高温拉伸应力-应变曲线；（D）不同材料的超塑性变形能力对比图。

图4. 多相纳米网状Ti6Al4V5Cu合金超塑性变形后的组织。（A）变形后的EBSD分析；（B）变形后的晶粒尺寸、织构强度、维氏硬度随lnZ参数的变化。

相关研究成果以Extraordinary superplasticity at low homologous temperature and high strain rate enabled by a multiphase nanocrystalline network为题，在线发表在《国际塑性》（International Journal of Plasticity）上。研究工作得到国家重点研发计划、辽宁省自然科学基金面上项目和金属所创新基金项目的支持。 （来源：中国科学院金属研究所）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103694

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