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V2 IS3 | Feature Article | 间隙氧在钛合金微观组织演变与力学行为中的作用:综述
发布时间: 2026年3月22日
来源: 中国材料研究学会

文章介绍:

关于本研究的最新进展表明,氧可以在钛合金中诱导产生新颖的原子尺度结构状态。这些状态填补了传统固溶强化与先进微观结构工程策略之间的空白。因此,理解这些与氧相关的结构的形成机制、稳定性及其与变形的相互作用,是未来合金设计和开发具有优化强塑性匹配的高性能钛合金的一个关键方向。

尽管氧长期以来被认为是对钛合金影响最大的间隙元素,但一个基本问题仍未得到充分阐明:氧如何在不同类型钛合金中介导原子尺度相互作用、微观结构演变与宏观力学性能之间的耦合关系尚不完全清楚。特别是,虽然已知氧同时诱导强化和脆化,但控制这种强度-延展性权衡的潜在机制仍未被完全理解,尤其是在氧诱导纳米级有序化和异质微观结构设计等新兴现象的背景下。

因此,本综述的核心目标是建立关于钛合金中氧控制的构性关系的统一机理性理解。具体而言,本工作旨在解决三个关键问题:(i) 氧如何影响不同合金体系中的相稳定性和相变路径;(ii) 氧如何影响跨多个尺度的微观结构演变和缺陷相互作用;(iii) 氧如何控制变形机制和损伤演化,特别是与强度-延展性权衡相关的方面。通过明确提出这些问题,本综述旨在为下一代高性能钛合金中利用氧进行合金设计提供一个连贯的视角。

中文摘要:

间隙氧是钛合金中影响最大的杂质元素,在决定钛合金的结构稳定性和力学性能方面起着核心作用。尽管传统上由于氧致脆化而将其视为有害杂质,但近期在原子尺度表征、合金设计及增材制造方面的进展已揭示,氧也可以作为一种强大的合金元素,能够跨多个尺度调控相稳定性、缺陷相互作用及微观组织演变。与以往主要关注强化效果或特定合金体系的综述不同,本文提供了一个整合的视角,将氧介导的相变、微观组织演变和力学行为联系起来,涵盖不同类型钛合金。我们首先探讨了氧如何改变相稳定性及相变路径,包括α稳定化、马氏体相变(α′和α″)以及ω相的形成与稳定性。随后总结了氧在α、α+β和亚稳β钛合金中介导的微观组织演变。接着分析了氧对变形行为的影响及相关的强化机制,特别强调了强化与脆化之间的内在相互作用。同时重点介绍了氧诱导的纳米尺度有序化、氧-缺陷相互作用以及异质微观组织设计等新兴概念。最后,讨论了面向氧调控合金设计的关键挑战与未来研究方向。通过整合从原子尺度机制到宏观力学行为的见解,本综述旨在建立一个理解氧调控的构性关系的统一框架,并为开发下一代高性能钛合金提供指导。