亚稳β型Ti-5Mo-4Cr-1V-1Zr合金固溶退火过程中再结晶行为与力学性能的协同调控机制

本研究针对亚稳β型Ti-5411合金在冷轧后力学性能与组织均匀性难以协同调控的问题，通过系统分析750-800°C固溶退火对再结晶行为、织构演变及TRIP/TWIP效应的影响，发现780°C动态平衡条件下可获得高强度（屈服强度~775 MPa）与优异延伸率（~37.8%）的匹配，揭示了晶粒尺寸（7.5-8.8 μm）对SIM α″相变和{332}<113>孪生的临界调控作用，为航空航天用钛合金设计提供理论依据。

　　

在航空航天领域，亚稳β型钛合金因其优异的比强度和耐腐蚀性成为关键结构材料，但冷加工后的再结晶过程常导致强度与塑性的"此消彼长"。传统工艺难以协调Ti-5411合金中应力诱导马氏体(SIM)α″相变与{332}<113>孪生(TWIP效应)的激活条件，且再结晶动力学机制尚不明确。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的Shuai Zhao团队在《Materials Characterization》发表研究，通过多尺度表征揭示了固溶退火温度对组织性能的调控规律。

研究采用冷轧Ti-5411合金（成分：Ti-5Mo-4Cr-1V-1Zr, wt%），通过750-800°C梯度退火实验结合EBSD（电子背散射衍射）和XRD（X射线衍射）分析，系统表征了再结晶动力学、织构演变及α″/孪晶含量；利用JMAK（Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov）模型计算再结晶激活能，并通过室温拉伸测试关联力学性能与微观机制。

再结晶行为与组织演化
750°C时剪切带(SBs)和纤维变形区边界优先形核，形成非均匀组织；780-800°C时形核-晶界迁移动态平衡产生均匀晶粒（GS5.2样品晶粒尺寸~7.5-8.8 μm）。Arrhenius方程计算得到再结晶激活能为431.35 kJ/mol，750°C符合位点饱和形核模型。

织构遗传特性
再结晶过程中保持TD//〈101〉主导织构，这种取向促进SIM α″相变，但细晶GS5.2样品（晶粒尺寸<7.5 μm）因几何约束抑制α″和孪生，导致延伸率仅15.5%。

力学性能调控机制
非均匀GS5.6样品中粗晶区（>8.8 μm）激活SIM α″相变(TRIP效应)和{332}<113>孪生(TWIP效应)，细晶区通过Hall-Petch效应强化，实现强度-塑性协同（延伸率37.8%，抗拉强度905 MPa）。临界晶粒尺寸范围7.5-8.8 μm被证实为TRIP/TWIP效应最佳激活窗口。

该研究首次建立Ti-5411合金晶粒尺寸-TRIP/TWIP效应定量关系，提出的"非均匀组织设计"策略突破传统均匀化热处理局限，为开发新一代高强韧钛合金提供新思路。工艺参数可直接指导航空发动机叶片等关键部件的热处理制度制定，具有重要工程应用价值。