文/阿瑶说编辑/阿瑶说«——【· 前言 ·】——»通过成本效益的混合元素粉末冶金（BEPM）生产，已证实钛合金可以获得高成分均匀性、材料产量和烧结密度，从而拥有出色的机械性能，尤其是一些设计的亚稳β钛合金
近年来，亚稳β钛合金的独特变形行为引起了广泛关注
这类钛合金在受载荷时表现出复杂的微观结构响应，其中包括形成各种变形诱导产物，如α“马氏体（以下简称α”）、变形诱导ω（ωD）和β双家族
此外，在压缩和拉伸过程中，较粗尺度的变形产物形成细尺度的二次和三元变形产物，从而形成分层的微观结构
换句话说，亚稳β钛合金在受力时表现出一系列复杂的微观变形机制，包括形成不同类型的变形产物，这些产物的尺寸可能不同，在宏观尺度上表现为分层的结构
这些微观结构的形成和相互作用可能对合金的力学性能产生影响，因此在钛合金的设计和应用中，对这些变形机制进行深入研究至关重要
钛合金中另一种常见的变形机制是β相的孪生
在具有低堆叠故障能量的β相微观结构中孪生家族被广泛观察到
每个家族中存在十二个变体，并且变体选择由施密德定律预测，这意味着具有最高SF的变体将被优先激活
«——【· 实验部分 ·】——»使用放电加工从Ti-30合金棒材上切割出弯曲试样（尺寸：5×2×1033mm）
所研究材料的化学成分列于表中
最初的棒材是通过BEPM从氢化钛粉末（TiH2）和V-Fe-Al中间合金粉末（相对密度：95.5%±0.2%）
切割试样在β相区（900°C）通过固溶处理进行热处理，然后在α+β区（675°C）保持300s，最后在水中淬火至室温（RT）
使用配备Nordlys-II（S）EBSD相机的JEOLJSM-7001FEG-SEM在二次电子和EBSD模式下揭示初始和变形样品的微观结构
在纵向法线方向平面上进行微观结构分析
为了获得光滑的表面，使用LectroPol-10电解抛光机在室温下使用90%高氯酸和5%甲醇的溶液对试样进行抛光和蚀刻
识别各个阶段，包括变形引起的α和β双在10kV的加速电压、12mm工作距离、0.1μm步长和4×4个像素合并下采集EBSD图，使用改进的精度算法索引多达12个波段
随后，β双通过检测基于β相的定向错位角分布的孪生边界来识别家族
使用ATEX软件计算激活的双胞胎变体的SF
该软件会自动返回二维彩色编码的SF地图，并通过对每个激活的变体的三个测量点求平均值来计算
在FEIHeliosG3CX上制备特定位点的薄片，平面垂直于TEM中的观察方向
使用配备GatanUltraScan200XPCCD的JEOLARM-200F探头校正透射电子显微镜在1000kV下研究了变形诱导产品的细节
明场（BF）STEM图像使用11mrad的收集半角采集
在这项工作中，使用数码显微照片软件中的DiffTools插件对选择性区域衍射图案（SADP）进行了索引
BF图像的所有后处理都是使用相同的软件进行的
«——【· 结果·】——»SEM调查证实，268N载荷之前不存在变形产物
然而，在断裂点附近形成了复杂的变形产物排列，该断裂点被限制在断裂表面两侧仅≈350μm宽的窄带中
变形诱导产品的三种公认配置是：平行产品，平行产品的交集，形成网格状图案，相对于初级产物成一定角度形成的变形产物
变形产物的相互作用沿相交产物的长度创建台阶
图中显示了在空隙处的宏观裂纹萌生，然后在最终破裂前通过连接连续空隙（箭头）辅助裂纹扩展
Ti-1023合金在弯曲试验过程中变形产物的逐渐形成，并使用有限元法（FEM）建模来确定微观结构中产生的应力的性质和数量
与他们的方法相反，因为在压缩、拉伸或剪切条件下，除了在断裂带附近之外，没有观察到变形产物
这种变形产物的形成与不同的应力状态有关
因此，不可能使用表面应变映射来研究可用测试配置中载荷条件或应力状态的影响
微观结构由变形产物的体积分数组成≈16.01%，变形产物的体积分数略低为14.5%
初级变形产物的平均厚度约为4.34±2.05μm，初级产物中精细次级产物的存在更为明显
在几个变形产物上绘制的β相中的点对点错位角表明，误差角主要在50.5°左右，对应于孪生边界
然而，β矩阵中出现了几个细尺度的未索引暗板，这些暗板可能是精细的α“板
通常，在亚稳钛合金中，由于EBSD技术的空间分辨率限制，无法对ω相进行探索
高炉透射电镜显微照片说明了从图中的红条（晶粒G5）标识的区域切割的TEM薄片的微观结构，包括平行变形产物和剩余β相中的精细变形结构
图中的DF图像是使用β斑点，这将其余β中的变形结构标识为由两组相距90°的平行板组成的细α“板网络
在TEM箔中，变形试样的整体微观结构包括具有两个不同取向（相距90°）的厚变形孪晶，并且在它们之间的β区域中具有平行的纳米级特征
在同一TEM箔的中心进行了类似的观察
厚双胞胎的平均宽度为0.61±0.24μm，比在第一个TEM箔中观察到的双胞胎略粗
了解β之间精细平行特征的性质，TEM箔倾斜到域轴，使特征达到强衍射条件
通过这样做，β、α“和ω的衍射强度出现在从精细特征及其周围矩阵中获取的SADP上
DF显微照片使用衍射点照亮了精细的α“板
在从第一个EBSD映射区域切割的TEM薄片中，ωD在α“/β界面处观察到层
在第二透射电镜薄片中，一层平面ωD在β/β观察到 双界面与相应SADP上的更尖锐强度相关
一个ΩD板条也在β孪生区域内成像，使用SADP上的衍射点如图所示
此外，通过DF成像检测到几个无ω通道，使用以下命令捕获插图SADP中的衍射强度
它们的存在与ω的一种变体的溶解有关，正如以前所建议的那样
β双展示了一个内部子结构，其特征是平行阵列的纳米级变形产物穿过β的宽度双（例如，参见图中的BFTEM显微照片和DF图像）
«——【· 讨论 ·】——»三点弯曲三点弯曲试验涉及试样横截面处比承受单轴压缩或拉伸载荷的试样更复杂的载荷分布模式
在三点弯曲中，载荷分布包含压缩和拉伸单元，以及在截面质心处达到最大水平的弯矩
有限元分析弯曲试样中显示局部正交各向异性弹性，应力梯度约为β国标尽管应力分布遵循各向同性梁的预期模式
在此分析之后，光束经历σxx（垂直于压痕轴），σYY（平行于压痕轴）和σXY（剪切分量）应力
观察到的弯曲强度（≈700MPa，对应于≈1400N负载）略低于商业纯Ti（≈880MPa）的弯曲强度，但明显低于α+βTi-6Al-4V（≈1800MPa）和亚稳β相Ti合金（如Ti-13Nb-13Zr或铸造二元Ti-xMo）（7.5<x<20）的弯曲强度，范围在1350至1750MPa之间
弯曲强度随钼而变化情商以及材料的微观结构
莫情商研究的Ti-1033合金计算为10.67，提高了对该材料更高弯曲强度的期望，因为许多亚稳β相Ti合金已表现出韧性和强度的出色组合
以Ti-9Mo（Mo情商=9）和Ti-10Mo（Mo情商=10）分别为1500和1700MPa
断裂前的小弯曲挠度和所研究材料中没有双重屈服所反映的低塑性归因于烧结阶段遗留下来的微观结构中存在空隙
EBSD和TEM研究EBSD和TEM研究显示出复杂的变形行为，但仅在狭窄的近断裂区域
这与在锻造Ti-1275合金的弯曲试验中观察到的α“马氏体在1023N载荷下形成的相反
在进一步加载至2300N时，观察到整个微观结构的连续β→α“转变
在我们的BEPM合金中，断裂发生在1400N
最近，其他一些人员也报道了不同Ti合金中微观结构的复杂分层发展，包括Ti-12Mo，Ti-7Mo-3Nb-3Cr-3Al，钛-2铝-9.2钼-2铁，和Ti-24Nb-4Zr-8Sn（重量%）
对多级变形行为的主要解释是应变硬化效应增加，其中微观结构在形成初始变形产物时发生变化
双胞胎是变形样品微观结构中的主要变形诱导产物，其次是在剩余β中形成α“板，在孪生β内形成二次α”板
在此阶段之后，显著细化的β域通过在未变形基体内形成细α“和通过在孪生区域内形成二次变形产物来适应变形变化
两个ωD和α“在β内观察到 双TEM调查中的乐队
尽管所有EBSD地图中都没有应力诱导α“，但通过比较EBSD地图上精细未索引平行特征与TEM图像中观察到的α”板条之间的位置和间距，可以得出结论，EBSD地图上的未索引特征也是α“板条
建议α“的形成有助于适应由初级孪生系统激活引起的宏观应变
在这两个区域，在初级变形产物之间的β区域形成了α“，这些区域主要β 双通过EBSD分析的波段
在单向拉伸载荷下对相同材料进行了类似的观察（平行α”）和压缩载荷
«——【· 结论 ·】——»采用EBSD映射和高分辨率透射电镜研究研究了BEPMTi-1033合金中三点弯曲时变形诱导产物的形成和相互作用机理进行了以下观察：在三点弯曲试验中，直到达到≈1260N的载荷之前，没有形成变形产物，这仅略低于断裂载荷（≈1400N）
在较高应力水平下，变形产物的延迟形成归因于组成空隙的承载力的影响，中断了β基体中的变形适应，空隙的存在也与极低的延展性有关
在靠近断裂点和三轴应力条件下观察到卷曲变形行为，变形产物（α、β双和ωD）以复杂的排列形成，仅在靠近断裂表面的窄带（≈350μm）中形成
应力/应变状态发生变化，有利于α“形成，促进β和βα”马氏体的形成