在金属结构材料中，实现高屈服强度与高延展性的协同始终是难题。传统强化机制往往抑制位错滑移，使变形能力受限。虽然TRIP（相变诱发塑性）与TWIP（孪生诱发塑性）效应能显著提升塑性，但在高强度下往往难以触发。

哈尔滨工业大学联合山东大学与都柏林圣三一学院于近日在《Advanced Science》期刊上发表了题为“TRIP/TWIP Networks Promoted via Multifunctional Nanoprecipitates‐confined Specified Shear for Achieving Strong‐yet‐Ductile Titanium Alloys”的研究论文，团队通过在钛合金中引入多功能ω纳米析出相以限制特定剪切系统，首次实现了在高屈服强度条件下仍能显著激发TRIP/TWIP效应的“强塑并存”新机制，所设计的Ti-7.93Mo-2.15Cr-1.88Zr合金在简单热机械处理后，屈服强度达832.9 MPa，延伸率超过45%，其强塑积高达38 GPa%，刷新了钛合金的强塑性协同纪录。通讯作者为哈尔滨工业大学的王墅助理研究员和陈瑞润教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202511834

【核心内容】

团队首次提出“多功能ω纳米析出物限制特定剪切（Nanoprecipitates‐confined Specified Shear）”机制，使析出强化与TRIP/TWIP效应得以协同。

该ω相除提供常规的沉淀强化外，还能：

• 保持应变协调性，
  

• 动态形成无ω位错通道，
  

• 限制特定晶格滑移，提升局部应力，触发马氏体转变。
  

通过DFT、Cluster Expansion、Monte Carlo与Ab Initio分子动力学等多尺度计算，团队系统筛选了β稳定性与连续滑移能垒，最终确定了Ti-Mo-Cr-Zr体系的最佳成分窗口

多尺度“de novo”成分设计流程：从集群展开到滑移能垒计算，确定TRIP/TWIP触发最优区

【研究方法】

团队以Ti-7.93Mo-2.15Cr-1.88Zr合金为研究对象，制备流程包括固溶处理、冷轧后再结晶及低温短时时效（483K × 60 s），该工艺最终获得了3-5 nm的ω纳米析出物，且均匀分布于β基体中，并形成微尺度短程扩散结构，显著提升合金的屈服强度，为了区分不同状态下的合金样品，团队将只经过固溶处理的样品标记为ST态，经固溶处理冷轧后进行再结晶处理的合金样品标记为RC态，将最终样品标记为LTSTA态。

【研究成果】

① 强塑性高度协同

LTSTA态合金相比于RC态的合金样品，其屈服强度由474.1 MPa显著提高至832.9 MPa，且延伸率保持在45.8%，其强塑积（σ_y×ε_f）超过38 GPa%，在目前已报道的钛合金室温性能里处于领先地位，同时出现~23.2%的吕德斯带应变平台能够有效延迟颈缩，表现出极高的应变均匀性。

不同状态下的合金微观结构与力学性能对比

② ω纳米析出相诱发构建TRIP/TWIP网络

在LTSTA样品中，被ω析出相限制的滑移会导致合金内部的局部应变集中，从而诱发大量应变诱发马氏体并与{332}⟨113⟩孪晶形成网络，这些TRIP/TWIP结构交错分布，构成“变形网络”，显著提升变形能力并维持高硬化率。

不同处理状态下的变形模型与TRIP/TWIP效应

③ 动态序列相变机制

团队通过透射电镜揭示了合金内由马氏体到孪晶的序列相变（MT→332DT）：在拉伸过程中，先发生局部马氏体转变（TRIP），随后由其诱发形成{332}孪晶（TWIP），二者交替演化让局部集中的应力得以释放释放，从而能够维持塑性的稳定。

LTSTA试样中的顺序相变机制分析

【总结与展望】

本研究为钛合金实现高强高塑提供了新的范式，通过纳米析出物精确调控局部剪切与相变序列，可在不牺牲延展性的前提下实现显著强化，这一析出相诱发TRIP/TWIP的耦合机制不仅突破了钛合金的强塑瓶颈，也为高熵合金、马氏体钢等体系的强塑性调控提供了可推广的策略。