钛合金比强度高，具有优良的耐蚀性和热强性，广泛应用于航空、航天结构件的制造，如何进一步提升钛合金构件的可靠性，是该领域的重大研究方向。摩擦学国家重点实验室蔡志鹏研究员课题组提出了一种使用脉冲磁场降低TC4钛合金残余应力的方法，并开展了相关机理的研究工作（详见2019年《金属学报》第4期）。该研究为提升钛合金零部件的疲劳性能开辟了一个新的方向，近期入选《金属学报》钛合金虚拟专刊（2018−2020），其中电磁场对钛合金位错密度影响的EBSD图片用作本期虚拟专刊的封面（如图1所示）。
图1 金属学报公众号配图
在该工作中，蔡志鹏课题组使用准原位实验方法，借助XRD、EBSD手段对同一TC4样品在经脉冲磁场处理前后的位错密度进行了表征，发现特定参数的脉冲磁场可以使TC4内部的位错分布均匀化，同时降低了小角度晶界比例，提高了CLS（重位点阵）晶界比例，上述微观组织的变化对于降低TC4内部残余应力水平是有利的。进一步地，蔡志鹏课题组提出了基于脉冲磁场改变缺陷电子能态的理论用于解释脉冲磁场对位错运动的影响：脉冲磁场可能引起TC4钛合金位错钉扎处缺陷的电子能态转变，使得位错更易脱钉而在原有力场作用下发生移动；位错的运动使得晶界角度发生一定的改变，包括小角度晶界的减少以及CSL晶界的增多，使系统能量更低；另一方面位错的运动松弛了原有的应力，使材料的残余应力降低。该研究工作初步建立了脉冲磁场对非铁磁性材料位错运动的影响机理模型，提供了一种可用于改善TC4钛合金残余应力的可行方法，具有较大的潜在应用价值。
图2 处理前后的位错密度变化（EBSD）
图3 晶界角度的变化
本文的第一作者为硕士生许擎栋（已毕业），第二作者为李克俭助理研究员，通讯作者为蔡志鹏研究员。该研究得到了国家科技重大专项（2018ZX04042001）的支持。
文章链接：
http://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2018.00257
钛合金专刊链接：
http://www.ams.org.cn/CN/subject/listSubjectArticle.do?subjectId=1584598308997&sort=def#
《金属学报》是我国材料冶金领域最早创立的期刊之一，主要“刊登冶金科技和材料科学与工程方面具有创新性、高水平和有重要意义的原始学术论文以及反映学科发展状况的综述和信息性文章”。编辑部在刊首写到：“本辑钛合金虚拟专刊集合了2018−2020年初在金属学报发表的17篇文章，内容涉及钛合金及其复合材料的制备方法、组织和性能、凝固、表面功能薄膜、模拟与计算等，基本反映了近年来我国钛合金研究领域的主要成果。”