TC4钛合金被广泛应用于航空航天、海洋、医疗、化工等领域，然而随着科技的不断发展，极端条件下材料服役性能的要求越来越苛刻，高性能新材料的需求不断提升。TC4-Zr合金是在TC4钛合金的基础上，通过添加同族合金化元素Zr，显著提升合金力学性能和耐腐蚀性能。然而，TC4-Zr合金继承了钛合金的加工工艺复杂的短板，采用传统铸、锻、轧等工艺方法将不可避免的提高加工成本和加工难度。激光增材制造具有近净成型的特点，同时其局部加热快速凝固的动力学特征能够有效细化组织并截留亚稳相，非常适合TC4-Zr合金复杂构件制造。然而，对于激光增材制造独特动力学条件和合金成分对TC4-Zr合金微观组织结构及性能的作用缺乏系统性研究。

基于以上背景，石家庄铁道大学蒋晓军副教授、齐海波教授，联合燕山大学张新宇教授、河北科技大学焦力实副教授、中国铁建王飞高级工程师，针对不同Zr含量激光增材制造TC4-Zr合金，开展了微观组织结构演变、力学性能和耐腐蚀性能系统研究。相关研究成果以“Effect of Zr on microstructure and properties of TC4 alloy fabricated by laser additive manufacturing”为题发表在journal of materials research and technology期刊上。根据2024年9月ESI发布的最新高被引和热点论文阈值，该论文同时达到高被引和热点论文。

激光增材制造非平衡凝固条件下，随着Zr含量的增加，β相的稳定性增加，当Zr含量达到45%时，β相完全保留到室温。当Zr含量小于或等于30%时，Zr 可以细化 TC4-Zr 合金的显微组织，形成具有孪晶亚结构的超细马氏体。随着锆含量增加到45%，合金的强度从1044MPa提高到1360MPa。随着锆含量增加到30%，延伸率从10.8%降低到7.7%。随着锆含量增加到45%，延伸率增加到12.5%。随着Zr含量增加到45%，变形机制由位错滑移转变为应力诱发马氏体相变，是导致拉伸异常现象的主要原因。随着Zr含量的增加，TC4-Zr合金的耐蚀性显著提高，这主要是由于Zr具有较好的耐蚀性，ZrO₂在钝化膜中形成较好的保护作用。

图1、激光增材制造TC4-Zr合金微观组织结构  ©2023 Elsevier JMRT

图2、激光增材制造TC4-Zr合金拉伸性能  ©2023 Elsevier JMRT

图3、激光增材制造TC4-Zr合金变形机制 ©2023 Elsevier JMRT

图4、激光增材制造TC4-Zr合金电化学性能  ©2023 Elsevier JMRT

图5、激光增材制造TC4-Zr合金腐蚀钝化膜  ©2023 Elsevier JMRT

论文明确了高合金化Zr元素对激光增材制造TC4-Zr合金微观组织结构和性能的影响机制，明确了TC4-Zr合金激光局部加热快冷动力学条件下的非平衡凝固机制、变形机制和腐蚀机制，为新型高强韧高耐蚀钛合金的开发和制备提供了有利依据。

原文详情：X.J. Jiang, S.J. Bao, L.W. Zhang, et al. journal of materials research and technology. 2023, 24: 8782-8792. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.05.137.

本文由Metastable metal materials供稿。