TC4鈦合金被廣泛應用于航空航天、海洋、醫療、化工等領域，然而隨著科技的不斷發展，極端條件下材料服役性能的要求越來越苛刻，高性能新材料的需求不斷提升。TC4-Zr合金是在TC4鈦合金的基礎上，通過添加同族合金化元素Zr，顯著提升合金力學性能和耐腐蝕性能。然而，TC4-Zr合金繼承了鈦合金的加工工藝復雜的短板，采用傳統鑄、鍛、軋等工藝方法將不可避免的提高加工成本和加工難度。激光增材制造具有近凈成型的特點，同時其局部加熱快速凝固的動力學特征能夠有效細化組織并截留亞穩相，非常適合TC4-Zr合金復雜構件制造。然而，對于激光增材制造獨特動力學條件和合金成分對TC4-Zr合金微觀組織結構及性能的作用缺乏系統性研究。

基于以上背景，石家莊鐵道大學蔣曉軍副教授、齊海波教授，聯合燕山大學張新宇教授、河北科技大學焦力實副教授、中國鐵建王飛高級工程師，針對不同Zr含量激光增材制造TC4-Zr合金，開展了微觀組織結構演變、力學性能和耐腐蝕性能系統研究。相關研究成果以“Effect of Zr on microstructure and properties of TC4 alloy fabricated by laser additive manufacturing”為題發表在journal of materials research and technology期刊上。根據2024年9月ESI發布的最新高被引和熱點論文閾值，該論文同時達到高被引和熱點論文。

激光增材制造非平衡凝固條件下，隨著Zr含量的增加，β相的穩定性增加，當Zr含量達到45%時，β相完全保留到室溫。當Zr含量小于或等于30%時，Zr 可以細化 TC4-Zr 合金的顯微組織，形成具有孿晶亞結構的超細馬氏體。隨著鋯含量增加到45%，合金的強度從1044MPa提高到1360MPa。隨著鋯含量增加到30%，延伸率從10.8%降低到7.7%。隨著鋯含量增加到45%，延伸率增加到12.5%。隨著Zr含量增加到45%，變形機制由位錯滑移轉變為應力誘發馬氏體相變，是導致拉伸異常現象的主要原因。隨著Zr含量的增加，TC4-Zr合金的耐蝕性顯著提高，這主要是由于Zr具有較好的耐蝕性，ZrO₂在鈍化膜中形成較好的保護作用。

圖1、激光增材制造TC4-Zr合金微觀組織結構  ©2023 Elsevier JMRT

圖2、激光增材制造TC4-Zr合金拉伸性能  ©2023 Elsevier JMRT

圖3、激光增材制造TC4-Zr合金變形機制 ©2023 Elsevier JMRT

圖4、激光增材制造TC4-Zr合金電化學性能  ©2023 Elsevier JMRT

圖5、激光增材制造TC4-Zr合金腐蝕鈍化膜  ©2023 Elsevier JMRT

論文明確了高合金化Zr元素對激光增材制造TC4-Zr合金微觀組織結構和性能的影響機制，明確了TC4-Zr合金激光局部加熱快冷動力學條件下的非平衡凝固機制、變形機制和腐蝕機制，為新型高強韌高耐蝕鈦合金的開發和制備提供了有利依據。

原文詳情：X.J. Jiang, S.J. Bao, L.W. Zhang, et al. journal of materials research and technology. 2023, 24: 8782-8792. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.05.137.

本文由Metastable metal materials供稿。