高比强度钛合金是完成节能减排以及轻量化的重要结构资料，可经过调理晶界(GBs)和异相界面(PBs)的密度和空间散布特征优化其微观力学性能，例如调控钛合金中晶格不接连的α/β相界面结构与特性可显着提高合金的力学性能。对钛合金来说，除了分散()在钛合金中引进高密度PBs。钛合金中的马氏体相变能轻松完成两个要害优势：一方面，经过快冷驱动相变（高温相的耐热性下降）构建双相微观结构而发生界面硬化；另一方面，经过力致相变诱导硬化（室温相的机械稳定性下降），一般表现为较低的屈从强度，但较高的加工硬化才能和开裂延伸率，即相变诱导塑性效应。一般来说，马氏体强化契合经典的Hall-Petch联系，因而，人们希望在微观安排中规划纳米马氏体，以强化合金并保持合理的延展性，然后取得优异的力学性能。但是，因为钛合金中尺度为几十乃至几百微米的较大β晶粒往往会构成微米级和亚微米级的马氏体片层，导致相界面密度低而屈从强度不高。因而，运用晶界工程(GBE)构建具有精密微观安排的高强韧钛合金仍然是一个应战。

  针对以上问题，西安交大金属资料强度国家重点实验室孙军院士团队提出了选用化学界面工程(CBE)制作纳米马氏体的新战略，不同于以往运用传统热机械加工办法的晶界工程。团队根据高温下合金元素之间明显的分散失配能够构筑高密度化学界面（CBs，界说为在晶格接连区域内至少一个元素存在浓度梯度的不接连）的规划思维，考虑不同合金元素在BCC-Ti和HCP-Ti基体中的分散速率差异，选用低成本快分散元素Cr和慢分散元素Al，以Ti-xCr-4.5Zr-5.2Al（x= 1.8, 2.3, 2.8 wt.%）合金作为模型资料，经过快分散元素Cr调控化学界面的密度。高温状态下Cr和Al元素的分散失配构成高密度CBs，这些CBs能够将每个β晶粒切割成很多的贫Cr和富Al纳米域。在随后水冷过程中，马氏体（结构改变）更简单在这些富Al或贫Cr纳米域中形核，即这些富含Al或贫Cr的纳米域作为纳米马氏体形核位点，而化学界面则作为马氏体长大的壁垒，约束其快速成长。根据CBE理念，团队在Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al合金中成功地发明了迄今为止最小尺度的纳米马氏体（均匀尺度为20± 6nm，如图1）。与此同时，该钛合金具有当时报导的一切马氏体钛合金资料中最低成本、最高的比强度以及优异的强塑性匹配（如图2），具有十分杰出的使用远景。团队提出的化学界面工程规划战略突破了钛合金原有微观安排/合金成分规划理念和热机械加工办法的限制，为规划高性能先进钛合金和其它具有相似特性的金属结构资料供给了新的思路。

  图1. 多层级纳米马氏体Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al合金水冷后的微观安排与成分散布

  图2. 多层级纳米马氏体Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al合金水冷和空冷后的室温力学性能

  该研究成果以《层级纳米马氏体结构的低成本超高强塑钛合金》（Hierarchical nano-martensite-engineered a low-cost ultra-strong and ductile titanium alloy）为题日前发表于《天然-通讯》（Nature Communications）。西安交通大学资料学院博士生张崇乐、硕士毕业生包翔云、陈威副教授和前沿院郝梦园博士生为论文一起榜首作者，孙军院士和张金钰教授为论文一起通讯作者。该作业的合作者还包含教授和王栋教授，西安交通大学金属资料强度国家重点实验室是该论文的仅有通讯单位。

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