近日，黑人av 宁志良教授和黄永江教授团队联合香港城市大学杨涛教授在增材制造Ti-6Al-4V（TC4）合金多尺度组织调控与强塑性协同机制研究方面取得进展。相关成果以“Multiscale microstructure regulation and strength–ductility response of a multi-element in-situ alloyed additively manufactured Ti-6Al-4V alloy”为题，发表于《International Journal of Plasticity》（2026，205，104797）。论文第一作者为程子健，通讯作者为宁志良、杨涛和黄永江。

TC4是航空航天和先进装备中应用广泛的钛合金。激光定向能量沉积（LDED）适合复杂构件制造，但陡峭温度梯度和快速凝固容易形成粗大柱状原始β晶粒、强织构及片层状α/β组织，导致强度、塑性和变形均匀性难以兼顾。如何通过成分设计调控快速凝固组织，是增材制造钛合金应用中亟须解决的问题。

针对上述问题，研究团队将预合金化AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金粉末作为合金化源，在LDED制备TC4过程中同步引入Al、Co、Cr、Fe和Ni等元素，并设置不同添加量进行对比。结合热力学计算、EBSD、TEM、原位EBSD、滑移迹线和拉伸测试，系统考察多元素添加对凝固组织、层级结构及局部塑性响应的影响。

计算结果表明，多元素加入改变了溶质分配和凝固行为，并提高了体系的生长限制能力。对TC4、TC4–2%、TC4–3.5%、TC4–5%和TC4–10%的比较显示，在本文合金系列及相关的Ti–高熵合金数据中，生长限制因子Q对原始β晶粒形貌的预测稳定性高于Scheil凝固区间ΔT_S和成分过冷参数P。

力学测试显示，5 wt.% AlCoCrFeNi_2.1在本研究成分范围内取得了较好的强度—延伸率匹配：TC4–5%的屈服强度为1180.4 MPa，抗拉强度为1239.1 MPa，延伸率为11.3%。添加量提高到10 wt.%后，强度继续升高，但延伸率降至5.7%，这说明，多元素协同添加存在一个需要平衡的成分窗口。

图1：不同添加量合金的应力—应变曲线、加工硬化行为及强度—延伸率匹配关系。

EBSD结果表明，TC4–5%的原始β晶粒由粗大柱状形貌明显细化并趋于等轴化，平均短轴尺寸由约314 μm降至78 μm，织构强度同步减弱。TEM观察显示，α片层宽度由约357 nm细化至194 nm；Co、Cr、Fe和Ni主要向片层间β区分配，Al在α片层中相对富集，并形成平均尺寸约1.2 nm的α₂–Ti₃Al纳米析出相。

图2：α/β层片、元素分配及纳米α₂析出相的TEM表征。

上述组织变化共同作用于材料变形。原位EBSD显示，随着拉伸应变增加，α晶粒持续旋转，低角度晶界比例由5.55%增至7%应变时的31.2%。KAM分析表明，平均KAM值由0.44升至1.08，高KAM区域逐渐向原始β晶界和三叉结集中。

滑移迹线分析发现，基面、柱面和锥面滑移系均可能参与局部变形，较高应变下锥面⟨a⟩和⟨c+a⟩候选迹线增多。裂纹优先在原始β晶界附近萌生，并在进入相邻α晶粒后沿局部滑移带扩展；断后TEM观察到α相中的⟨a⟩、⟨c⟩和⟨c+a⟩位错活动，表明多种滑移与位错机制参与了应变协调。

本研究建立了“多元素原位合金化—凝固行为—多尺度微观组织—局部变形机制—宏观强塑性”的关联。研究表明，增材制造钛合金的性能提升需要同时协调原始β晶粒、α/β层级结构、溶质分配、纳米析出和局部滑移能力。该策略为高性能增材制造钛合金的成分设计和组织优化提供了参考。

黑人av 黑人av 和香港城市大学材料科学与工程系为该论文的通讯单位，黑人av 博士生程子健为第一作者，宁志良、杨涛和黄永江为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金资助。