中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研制一種高強(qiáng)度多功能柔韌鈦合金，該合金具有非線性彈性變形行為和非均勻塑性變形行為，不僅在金屬材料實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度與低彈性模量、超彈性和阻尼等功能性性能的復(fù)合，而且實(shí)現(xiàn)了大規(guī)格無(wú)缺陷納米晶粒金屬板材的制備。
相對(duì)于線彈性和馬氏體相變的常規(guī)金屬材料，研制合金具有奇特的非線性彈性變形行為，其熱軋制狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度為850MPa，最大可恢復(fù)彈性應(yīng)變?yōu)?.3%，能量吸收率為6%，相當(dāng)于聚丙稀和尼龍等高分子阻尼材料的25%；彈性軟化導(dǎo)致初始彈性模量由42GPa降低到18GPa，在室溫時(shí)效過(guò)程中發(fā)生恢復(fù)并穩(wěn)定在33GPa。合金的彈性模量、超彈性和阻尼性能與多孔結(jié)構(gòu)的人體骨骼相類似，以其制備骨科內(nèi)固定器件可以促進(jìn)骨骼愈合，克服金屬材料的高模量導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松和植入體斷裂。
金屬材料的塑性變形機(jī)制通常為位錯(cuò)、形變孿晶或馬氏體相變，對(duì)晶粒的細(xì)化作用較弱，只能通過(guò)劇烈塑性變形技術(shù)才能制備體塊納米金屬材料。研制的合金在壓縮試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生一種類似剪切帶的非均勻塑性變形模式，粗大的原始晶粒被剪切帶分割，剪切帶內(nèi)單晶被“破碎”成納米晶粒，剪切帶之間產(chǎn)生高角度亞微米晶粒，剪切帶的交割與擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)晶粒的快速細(xì)化。利用以上變形機(jī)理，采用常規(guī)工業(yè)冷軋?jiān)O(shè)備可以軋制出厚度為1.5mm的板材，其晶粒尺度均勻且小于50nm。由于該合金的加工硬化率很低，在冷軋制過(guò)程中的流變應(yīng)力僅由850MPa提高到900MPa，我們稱其為“軟”納米材料。通過(guò)低溫時(shí)效處理析出納米尺度第二相，可使強(qiáng)度提高800MPa，達(dá)到1700MPa，實(shí)現(xiàn)雙相復(fù)合的納米晶粒強(qiáng)化。