氮和氧等元素的加入可以显著强化钛合金的强度，但由于氧氮会抑制变形孪晶和导致晶界偏析，从而严重降低塑性，在间隙含量超过0.4 wt.%时，延伸率会降低至5%以下。因此，超高间隙钛合金的脆化问题是一项有待解决的问题。

近日，西北工业大学研究人员发现了在水中淬火会在超高间隙钛合金中诱导{1011}<1012>压缩孪晶和面心立方相的形成，从而稳定了微观结构并减轻了应力集中。使氮含量超过1.1 wt.%的超高间隙溶质钛合金延展性从3%提高到11%，同时保持拉伸强度在1000MPa以上。相关研究以“Water quenching enhances ductility of titanium alloys with ultra-high interstitial solutes”为题被发表在期刊《Scripta Materialia》上，通讯作者为西北工业大学沈将华教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2025.117144

【核心内容】

该研究聚焦超高间隙（N、O）钛合金的脆性问题，通过水淬处理在合金中诱导形成{1011}<1012>压缩孪晶和FCC相，实现了强度与塑性的协同优化。氮含量1.1wt.%的合金延伸率从3%提升至11%，且含0.94wt.%高氧含量的合金延伸率从9%提升至20%，同时保持抗拉强度高于1000MPa。其核心机制为孪晶与FCC相通过低能量界面消散局部应力和协调变形，该方法为间隙含量较高的钛废料再利用及增材制造高性能钛合金提供了可行路径。

图形摘要

【研究成果】

① 力学性能突破

水淬处理将超高间隙（N/O）钛合金在保持抗拉强度1000MPa的同时，延伸率提升1-3倍，实现了强度与塑性协同优化。氮含量1.16wt.%的Ti-3.4TiN延伸率从3%被提升到了11%，抗拉强度保持在1055MPa，而氧含量0.94wt.%的Ti-2.2TiO₂延伸率从9%被提升到了20%，抗拉强度保持919MPa。

超高间隙钛合金力学性能

间隙元素含量与断裂时伸长的关系

② 微观结构创新

水淬诱导形成{1011}<1012>压缩孪晶和纳米级FCC相，孪晶含量从0.3%-0.5%上升到了4.9%-11.5%，二者协同缓解应力集中并调控位错运动，从而改善塑性。

典型样品的微观结构表征和分析

③ 核心机制

水淬产生的热应力和相变应力驱动孪晶形成，FCC相高氧溶解度容纳间隙元素，减少晶界偏聚，孪晶与FCC相共同提升应变协调能力。

局部IPF，显示压缩孪晶形态

Ti-3.4TiN-WQ样品的TEM表征

【总结与展望】

该项研究通过水淬处理在超高间隙钛合金中成功诱导出压缩孪晶与FCC相，打破了间隙元素强化与塑性损失的权衡关系，实现了强度与延展性的协同优化。未来可进一步探究间隙元素分布和FCC相特性与力学性能的关联性，为增材制造等领域高性能钛合金的设计及高间隙钛废料的高效利用提供更全面的技术支撑。