钛及钛合金作为一种轻质、高强、耐腐蚀的金属资料，被大范围的使用于航空航天、海洋工程和生物医用范畴。近年来，跟着“损害容限”规划理念在工业界的不断推动，对钛的断裂韧性的要求也日益进步。可是，经过数十年的合金化规划和加工工艺改善，钛及钛合金的断裂韧性一直低于130 MPa∙m，远低于一些奥氏体不锈钢和面心立方结构的中/高熵合金(断裂韧性逾越200 MPa∙m)。这种断裂韧性的缺乏约束了钛及钛合金在一些要害负载条件下的使用。人们不由要问，钛及钛合金的断裂韧性仅能到达130 MPa∙m

　　经过对厚度为2.5 mm至30 mm的低氧钛样品展开规范CT样断裂韧性测验，

　　发现其满意平面应变条件的断裂韧性值（KJIc）到达255 MPa∙m1/2

　　研讨发现，金属资料断裂韧性的进步首要依据其内韧化机制，这些机制经过扩展裂纹顶级的塑性变形区来阻止裂纹扩展，即塑性区越大，断裂韧性越高。但与面心立方结构和体心立方结构金属比较，密排六方结构金属钛具有较低的晶格对称性，变形时更简单激活柱面a滑移以和谐a方向变形。若需求和谐c轴方向的变形，一定要经过形变孪生或许发动锥面c+a滑移。可是，形变孪生一般是单向的，仅能和谐较小的塑性应变。因而，有必要很多发动锥面c+a滑移才干满意冯·米塞斯原则提出的至少有五个独立滑移体系才干和谐塑性变形的条件。可是，锥面c+a滑移的临界分切应力高，一起其刃位错部分易于分化，难以运动，很难与螺位错部分和谐变形，完成很多自增殖。因而，c轴方向变形机制的匮乏导致裂纹顶级难以完成高密度的均匀塑性变形，然后使得钛及钛合金表现出有限的断裂韧性。为了打破钛及钛合金的极限功能，怎么进一步发掘金属钛的断裂韧性潜力呢？

　　图2 低氧钛断裂韧性与首要金属资料断裂韧性的比照，标明钛是最韧的金属资料之一

　　针对这一问题，西安交通大学资料学院韩卫忠教授课题组对纯钛的断裂韧性进行了体系研讨，发现钛中的氧杂质是形成其断裂韧性缺乏的重要的要素。即便存在微量的氧杂质，也会按捺钛中的变形孪生和位错活性（Acta Materialia, 246 (2023) 118674），然后显着下降裂纹顶级的均匀塑性变形力。研讨团队经过将氧杂质含量从商业纯钛的0.14 wt%下降至低氧钛的0.02 wt%，完成了断裂韧性从117 MPa∙m1/2进步至255MPa∙m1/2（如图1）。低氧钛的断裂韧性逾越了已报导的一切商业纯钛及钛合金的断裂韧性，而且逾越了大部分金属资料的断裂韧性。研讨初次提醒了钛的超高本征断裂韧性，打破了钛的断裂韧性低于130 MPa∙m1/2的传统认知，使低氧钛成为现在已知最韧的金属资料之一（如图2）。

　　图3 低氧钛裂纹顶级很多变形孪晶被激活，形成了从裂纹顶级到基体的梯度突变安排，

　　研讨人员发现，氧杂质含量的显着下降成功克服了密排六方结构金属钛在室温条件下c轴变形形式难以发动的难题，并发现了一种全新的递进韧化新机制：下降氧含量不只促进了裂纹顶级变形孪晶的很多激活（如图3），还发现孪晶界作为高效位错源，发射了很多的c+a位错（如图4），有用克服了c+a位错自增殖的困难。这两种在室温下一般难以发动的变形形式的很多激活，显着提升了低氧钛裂纹顶级的均匀变形力、变形密度和塑性区尺度，然后有用钝化了裂纹顶级，使金属钛展示出了史无前例的断裂韧性。这种全新的韧化机制及下降要害杂质含量的研制战略，为规划高损害容限钛合金供给了新思路。

　　图4 低氧钛中孪晶界发射c+a位错，为c+a位错的增殖供给了新形式

　　该作业以《经过下降氧杂质含量提醒钛的本征高断裂韧性》（Uncovering the Intrinsic High Fracture Toughness of Titanium via Lowered Oxygen Impurity Content）为题发表于世界闻名学术期刊《先进资料》（Advanced Materials）（IF：27.4）。西安交通大学资料学院博士生邹小伟为论文榜首作者，韩卫忠教授和马恩教授为论文一起通讯作者。西安交通大学是该作业仅有通讯单位。该作业得到了国家自然科学基金和西安交通大学青年优秀人才支撑方案的一起赞助。

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