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一、 【导读】
Ti-6Al-4V（TC4）钛合金凭借其卓越的轻量化特性，在航空航天及汽车工业中占据核心地位。然而，该合金在室温下的低塑性一直是阻碍其广泛应用的“天花板”。传统热成形虽能改善塑性，但往往伴随晶粒粗化和工艺复杂化等弊端。如何在室温下打破“强塑性互斥”难题，实现材料性能的跨越式提升，是金属加工领域的科研高地。
二、【成果掠影】
近日，武汉理工大学华林、刘艳雄教授团队在钛合金高压成形及微观演化领域取得重要进展。研究团队提出了一种叠加静水压力的室温成形新工艺，通过175 MPa的高压压缩（HPC），成功将TC4合金的抗压强度从常压下的1229.9 MPa提升至 2004.9 MPa，压缩率由35%提高至42.5%，硬度显著增加至364.8HV，相比铸态提升了31.2%。
三、【核心创新点】
强塑性协同提升：在175 MPa液体静水压力下对Ti-6Al-4V合金进行压缩变形。相较于常压压缩（NPC）试样，TC4合金的抗压强度、硬度和压缩率分别显著提升至2004.9 MPa、364.8 HV和42.5%，其中强度和塑性较常压试样分别提高了63%和21.4%。
理论与仿真建模：建立了定量表征叠加静水压力下压缩变形行为的理论分析模型与数值仿真模型。
断裂机制解析：深入阐明了TC4合金在高压压缩（HPC）环境下的断裂演变机制。
多尺度强化机理：揭示了高压下强塑性协同提升源于三大耦合机制：孪晶诱导塑性（TWIP）、共格界面强化以及短程有序（SRO）强化。
四、【数据概览】
图1 高压压缩工艺及微观组织观察位置示意图 ©
图2 不同变形条件下 TC4 合金的力学性能： (a) 压缩真实应力-应变曲线； (b) TC4 合金极限抗压强度与断裂应变的对比； (c) 不同试样的维氏硬度统计图； (d) 未断裂的常压压缩（NPC）试样；(d1) 已断裂的 NPC 试样；(d2) 图 (d1) 中红色标记区域的放大图像； (e) 未断裂的高压压缩（HPC）试样；(e1) 已断裂的 HPC 试样；(e2) 图 (e1) 中红色标记区域的放大图像； (f) NPC 试样的断裂形貌； (g) HPC 试样的断裂形貌 ©
图3 高压压缩（HPC）试样的原子探针断层扫描（APT）分析：(a) 展示 Al、Ti 和 V 原子分布的 3D 元素映射图；(b) 根据图 (a) 中选定的圆柱形感兴趣区域（ROI）提取的跨相界的合金元素分布剖面图；(c) Ti（灰空心方块）、Al（青空心圆）和 V（洋红空心三角）的实测频率分布及其二项式分布拟合曲线（实线）；(d) 展示 α相内 Al、Ti 和 V 原子分布的 3D 元素映射图；(e) 分析体积内富钒（V-rich）团簇的可视化呈现；(f) 根据图 (d) 中选定的圆柱形 ROI 提取的跨相界的 V 元素分布剖面图；(g) 元素分布偏离情况，表明 V 的非随机分布；插图展示了 V 原子的最近邻距离（NND）；(h) 以球体等效半径表示的团簇尺寸分布，插图为单个团簇的放大视图。图中缩写：晶界 (GB)，感兴趣区域 (ROI) ©
图4 不同工艺下试样微观组织演化过程的示意图 ©
五、【成果启示】
本研究为解决钛合金室温成形难题开辟了新路径。
工程价值：证明了通过调控外部压力场，可以在不依赖高温的前提下，显著提升难变形金属的成形极限和材料强度。
科学意义：深入解析了多尺度微观组织（从宏观晶粒到纳米级团簇）在静水压力下的响应规律，为开发高性能轻量化构件提供了坚实的理论支撑。
未来，该工艺有望应用于高精度、高强度的钛合金复杂零件制造，进一步推动我国航空航天材料成形技术的跨越式发展
原文详情：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2026.104610
本文由XXX供稿
