近日，西安理工大学博鱼综合体育在线登录入口粉末冶金与复合材料课题组李树丰教授团队博士生李少龙在高温钛合金TA15的高温逆霍尔佩奇行为和高温软化机制研究方面取得重要进展，研究成果以题为“High-temperature“Inverse”Hall-Petch relationship and fracture behavior of TA15 alloy”发表于力学和机械工程领域国际公认的顶级期刊《International Journal of Plasticity》上。IJP主要报道关于各向同性和各向异性固体的塑性变形、损伤和断裂行为的各个方面的原创性研究。该成果由西安理工大学联合香港城市大学、英国曼彻斯特大学、西北工业大学、西北有色金属研究院和东莞材料基因高等理工研究院合作完成。西安理工大学为第一署名单位，博鱼综合体育在线登录入口博士生李少龙为论文第一作者，西安理工大学李树丰教授、香港城市大学朱运田教授（联合培养博士生导师）和英国曼彻斯特大学Philip J. Withers教授为论文的共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.103951
Hall-Petch公式对室温或较低温度下的材料设计至关重要，然而，在高温下晶粒尺寸与强度之间的关系还没有被深入研究。为了放大晶粒及晶界在高温下的软化行为，西安理工大学粉末冶金与复合材料团队以高温钛合金TA15为研究对象，通过晶粒尺寸设计系统的研究了TA15合金在高温下晶界行为和断裂方式。通过高温原位拉伸SEM和高温纳米压痕等技术发现，试样在室温及较低温度（550°C）下主要以晶粒变形（位错介导变形）为主(Fig, 1a)，在高温（600°C）下主要以晶界变形（晶界介导变形）为主(Fig, 1c)，晶粒的强度随着温度升高而降低(Fig. 1d)，这种高温下以晶界介导为主的变形机制本文称为高温Inverse Hall-Petch。通常，在低温或者较低温度下，材料由Hall-Petch转变为Inverse Hall-Petch的临界尺寸约为~20nm。然而，实验结果表明，高温下材料的dc要远大于20nm，也就是说材料的dc随着温度的升高而变大(Fig. 1b)。基于此，本研究提出了两种提高材料高温力学性能的方法：
1） 晶粒尺寸调控，高温下服役的晶粒尺寸大于dc。
2） 晶界设计，在晶界处引入纳米析出相，利用纳米析出相钉扎晶界，降低材料的dc。
该研究成果的发现为提高金属及其复合材料的高温力学性能提供了新的思路和重要参考。
图1室温或较低温度下Hall-Petch关系和高温下的Inverse Hall-Petch关系示意图及转变机制。(a)室温或较低温度Hall-Petch强化示意图，(b) Hall-Petch向Inverse Hall-Petch转变的临界尺寸dc随温度变化的示意图，(c)高温晶粒和晶界软化机制示意图，(d)室高温纳米压痕载荷位移曲线。
该工作获得国家重点研发计划项目(2021YFB3701203)、陕西省重点科技创新团队项目(2023-CX-TD-46)、国家自然科学基金项目(52201165)和博士留学联合培养基金项目(101/252092301)支持。针对钛合金及钛基复合材料的强韧性和高温性能研究方面，李树丰教授团队已经在《Proceedings of the National Academy of Sciences of America》、《International Journal of Plasticity》、《Additive Manufacturing》、《Carbon》和《Composites Part B》等国际顶级期刊发表多篇高水平研究论文。
