轻质高强且耐腐蚀钛合金，在航天航空、生物医疗等领域大受关注。其中，Ti-6Al-4V双相钛合金是使用最为广泛的体系之一，具有优异的强度-塑性平衡和加工性能。但其使用温度通常低于500℃。近年来，随着航空航天领域的不断深度探索，也对高温部件提出了迫切的提升需求，近α钛合金（如IMI834）虽具有更好的高温性能，但β相含量低，加工塑性较差。因此，开发能在600℃以上服役的双相钛合金成为钛合金领域的研究重点之一。

大连理工大学与大连交通大学的研究团队于2025年11月在《Acta Materialia》期刊上发表了题为“A dual-phase Ti-6.5Al-2V-2Mo-1Nb-14Zr-0.1Si alloy with superior 600℃ strength and ductility developed from Ti-6Al-4V cluster formula”的研究论文。团队通过团簇+连接原子模型‌成分（composition formula）设计方法，开发出新型DT600钛合金，在600℃高温下屈服强度高达623MPa，抗拉强度达739MPa，延伸率可达46.2%，其高温性能媲美主流近α钛合金（如IMI834），同时保持了双相钛合金优异的加工塑性，为高温结构材料设计提供了新思路，论文通讯作者为董闯教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121782

【核心内容】

研究基于Ti-6Al-4V合金的组分公式（α-{Al₂Ti₁₄}₁₂+β-{Al₁V₂Ti₁₅}₅），通过增强Al含量、以Mo和Nb部分替代V、添加Zr和Si，形成新公式α-{(Al,Si)₂(Ti,Zr)₁₄}₁₂+β-{Al₂(Mo,Nb,V)₂(Ti,Zr)₁₄}₅，设计出DT600合金，实现了微观结构细化与高温稳定性提升。

图形摘要

【研究方法】

作者采用组分公式模型进行成分设计，固定α与β单元比例为12:5以维持双相特性，设计出成分为Ti-6.5Al-2V-2Mo-1Nb-14Zr-0.1Si的DT600合金，随后通过电弧熔炼和铜模铸造制备合金铸锭，在700℃经历2h退火处理后，分别在室温及高温（500-600℃）条件下进行拉伸测试，并结合XRD、SEM、EBSD和TEM等表征手段分析微观结构，该成分设计方法避免了传统Al/Mo当量的确定依赖大量实验数据的局限，实现了成分精准调控。

DT600与Ti-6Al-4V的X射线衍射图谱对比

【研究成果】

① 微观结构细化与硅化物沉淀

微观结构表征显示，DT600的β晶粒尺寸为119.2μm较Ti-6Al-4V细化63%，α板条宽度为0.26μm，较Ti-6Al-4V减小85%，并形成网篮组织，并且β相含量增至21vol%，硅化物在α/β界面沉淀，增强界面稳定性，尺寸~50nm的纳米硅化物为S2型(Ti,Zr)₆Si₃，与α板条呈60°夹角，其非共格界面可有效钉扎位错。

Ti-6Al-4V与DT600微观结构对比及细化效果

DT600纳米硅化物和层状微观结构特征

② 卓越的力学性能与多尺度强化机制

DT600在室温下具有1242MPa的屈服强度和1321MPa的抗拉强度，分别较Ti-6Al-4V提升45%和31%。在500-600℃范围内DT600的强塑协同性较目前已报道的一些常规钛合金体系具有明显优势，600℃时，DT600屈服强度（623MPa）是Ti-6Al-4V的1.7倍，同时延伸率高达46.2%。在强韧性机制方面，塑性的提升归因于动态球化机制的激活，强度提升源于固溶强化（Zr、Mo、Nb贡献268MPa）、α/β相细化（693MPa）及硅化物沉淀（59MPa），且高温下硅化物钉扎界面，有效延缓软化。

室温拉伸性能对比

高温拉伸性能及加工硬化行为

各强化机制对屈服强度增量的贡献

③ 高温变形行为与微观机制演化

在550℃以上，DT600的α板条动态球化，形成尺寸50-100nm的亚晶，EBSD显示，550℃时低角度晶界比例增至81%，且合金在550℃变形时α板条分裂为等轴晶，硅化物抑制板条粗化，600℃时β相渗入α板条，加速球化过程。变体晶界分析表明，DT600中α变体通过自协调机制形核，因此诱发形成网篮组织和弱纹理，优化合金的高温性能。

不同温度拉伸后DT600的局部应变与晶界分布

高温变形亚结构演变与球化机制

α变体晶界分布与微观结构演化机制示意图

【总结与展望】

团队通过精准的成分设计，成功开发出DT600双相高温钛合金，实现了600℃下强度与塑性的协同提升，该合金设计方法为复杂钛合金的成分设计提供了高效、精准的路径，同时，团队开发的DT600在航空航天发动机部件、高温结构件等领域具有广阔应用前景。