难变形钛合金由于六方密排（HCP）结构滑移系统有限，通常需要热旋压加工，室温旋压面临塑性差、回弹大等挑战。室温旋压能显著提高生产效率和降低能耗，但高强度钛合金的室温旋压研究较少。新设计的Ti-3Al-4Mo-4V-1Nb-1Sn合金在TC16成分体系基础上优化，兼具高强度和室温变形能力，本文系统探索了其室温旋压性、微观结构演变和力学性能协同机制。

上海交通大学团队于2025年11月8日在《Rare Metals》期刊上发表了题为“Room-temperature spinnability and strength-ductility synergy of thin-walled Ti-3Al-4Mo-4V-1Nb-1Sn alloy tube”的研究论文。团队在该论文的中阐述了他们在室温下旋压Ti-3Al-4Mo-4V-1Nb-1Sn合金薄壁管，屈服强度达到965±14 MPa，抗拉强度达到1149±20 MPa，延伸率为11.3%±0.3%，实现了高强度和高延展性的优异协同，这种性能组合通过微观结构调控和位错工程实现，为钛合金的室温加工提供了新思路，在航空航天和军事工业中具有广泛应用前景。通讯作者为上海交通大学的王锋华副研究员和韩远飞研究员。

文章链接：

https://doi.org/10.1007/s12598-025-03656-6

【核心内容】

在该工作中，成功地在室温下旋压出了壁厚均匀、表面粗糙度好的Ti-3Al-4Mo-4V1Nb-1SN合金管材，并全面研究了合金的室温可旋压性，揭示其内在机理，并研究了其组织演变和强塑性协同效应，研究结果证明团队提出的室温旋压钛合金在改善拉伸性能和降低生产成本方面显示出显著的优势。

图形摘要

【研究方法】

研究团队基于CALPHAD热力学计算确定Ti、W、Fe比例为60：20：20（wt.%），并通过高速球磨+真空热压烧结实现致密化制备（1100 ℃，50 MPa，20 min），合金铸锭经过四道次等温锻造（1150-900 ℃）后，机加工成空心圆柱体，在数控旋压机上进行室温旋压，采用三辊对称分布，四道次变形，总壁厚从4.1 mm减薄至0.55 mm。随后团队通过场发射扫描电镜（FE-SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）和透射Kikuchi衍射（TKD）等多尺度手段表征合金的微观结构，并进行单轴拉伸测试（应变率10-3 s-1）评估其力学性能。

【研究成果】

① 微观结构与性能协同优化

旋压过程中，初始网篮组织的α板条逐渐旋转、弯曲，形成轴向排列的纤维状形态，β基体则发生几何动态再结晶（GDRX），最终合金内形成纳米尺度的α/β层状结构，这种结构较初始的网篮组织而言能够显著提高合金内部的位错密度和晶界密度，对合金的强度与塑性均有提升作用。

旋压过程、微观结构及力学性能概览

② 卓越的热稳定性与抗氧化性能

旋压变形激活了多滑移系统，尤其是在合金内诱发产生了大量的<c+a>位错，极大地促进了均匀塑性变形，同时，位错重排形成位错墙，驱动界面迁移和亚晶形成，增强了合金在室温条件下的可旋压性。

锻造与旋压样品中位错构型分析

③ GDRX和球化机制

应变诱导位错重排促进了β基体的动态再结晶和α相的球化，形成项链状纳米晶粒，这种耦合细化机制分散了旋压变形过程中的能量，很好地缓解了应力集中，从而避免合金在旋压过程中出现大量内部机械制造缺陷。

旋压前后合金微观结构演变对比

④ 强韧化机理分析

·强度方面，旋压后合金内的几何必要位错（GND）密度提高一个数量级，高密度的GND在旋压过程中诱发合金的加工硬化效应，对最终合金的强度提高起主要的贡献作用；塑性方面，纳米晶粒和α/β界面的模量失配能够有效阻碍位错运动，同时棱柱面滑移被激活，协同之下合金依旧具有与强度适配的延展性。

旋压强化与韧化机制解析

【总结与展望】

该团队通过室温旋压技术成功实现了Ti-3Al-4Mo-4V-1Nb-1Sn合金的高强度-高延展性协同，该研究揭示了位错介导的微观结构演变机制，为高性能钛合金组件的节能制造提供了新方案，在航空航天、军事工业等高端制造领域具有重要应用价值。