α+β型钛合金凭借低密度、高比强度、良好断裂韧性与优异高温稳定性，被广泛应用于航空航天关键承力构件。此类合金通常由密排六方（HCP）α相和体心立方（BCC）β相组成，其强度-塑性平衡不仅取决于α相尺寸、层片形貌、β相分布与织构状态，还受α/β界面晶体学结构及其在位错运动中所起作用的影响。HCP结构α相的变形可通过棱柱(a)滑移、基面(a)滑移、锥面(a)滑移、锥面(c+a)滑移及孪生进行，其中棱柱(a)滑移通常承担大部分剪切变形，但塑性剪切主要局限于a轴方向，难以独立满足三维应变协调要求；含c轴分量的(c+a)滑移则可提供沿c轴的塑性变形，对缓解局部应变不相容、维持界面附近变形连续性具有关键作用。
尽管已有研究从Burgers取向关系、几何相容性、残余Burgers矢量及β层可变形性等角度阐明了α/β界面滑移传递的基本规律，但在原子尺度上，界面相干性如何调控位错传递、位错堆积与(c+a)滑移激活仍缺乏系统认识。在双态组织中，晶格连续性与错配度不同的相干及非相干界面可能同时存在，前者因较低的晶格错配和较高的结构连续性而有利于跨界面滑移传递与应变协调，后者则可能成为位错运动的障碍，诱发局部应力集中与补偿性(c+a)滑移。因此仅以α相形貌或β相分布的宏观尺度描述界面附近的塑性异质性并不充分，必须从界面相干性与原子尺度晶体学匹配的角度建立塑性的机理关联。
针对上述问题，由东北大学等组成的团队利用泽攸科技的原位SEM进行了系统研究，该团队结合原位SEM/EBSD滑移迹线分析、定点FIB-TEM、双束衍射与像差校正STEM-GPA多尺度表征，系统揭示了α/β界面相干性对TC25钛合金位错滑移传递与(c+a)位错协同激活的调控机制。
标题：Interfacial coherency-dependent slip transfer and cooperative activation of〈c+a〉dislocations at α/β interfaces in a TC25 alloy
期刊：Advanced Light Materials
本项研究首先聚焦于含不同相干性α/β界面TC25合金的构筑与晶体学表征。研究团队以名义成分为Ti-6.5Al-2.5Zr-1.5Mo-1.5Sn-0.25W-0.2Si (wt%)的高温钛合金TC25为模型材料，通过不同的热机械加工路径获得分别以良好匹配或较差匹配α/β界面为主导的双态组织，相干区与非相干区平均晶粒尺寸约为9.54μm和8.23μm，尺寸相当、可比性良好。基于EBSD取向数据，团队将测得的欧拉角转换为取向矩阵并遍历全部对称等效BOR变体，以平面法向偏差与方向偏差定量刻画界面晶体学匹配程度，结果表明相干界面的平面法向偏差为3.2–9.1°、方向偏差为3.4–9.3°，而非相干界面则分别显著增大至20.4–32.1°和12.4–32.2°，为后续变形行为对比提供了明确的晶体学分类基础。
图 TC25合金中相干与非相干界面区域的初始显微组织与晶体学表征
图 室温拉伸后含代表性非相干和相干α/β界面的TC25合金试样的拉伸断口形貌
在上述基础上，研究聚焦于不同相干性界面附近的滑移萌生与演化规律。团队借助泽攸科技的原位拉伸台在SEM内对试样施加定量单轴拉伸载荷，加载方向平行于试样纵轴、加载速率2μm/s，并在0%、1%和10%应变处中断采集SEM图像与EBSD取向图。结果显示，未变形状态界面附近无明显滑移迹线，1%应变时部分晶粒出现滑移迹线并伴有交滑移与多滑移特征，结合滑移迹线角度与Schmid因子分析可判定以基面与棱柱滑移系族为主。10%应变时滑移迹线数量显著增多并呈高密度多向交叉分布，锥面滑移系族占比增大，同时KAM图表明变形后α/β界面附近取向梯度与位错堆积明显增强，反映出界面相干性对塑性传递方式的直接影响。
图 满足Burgers取向关系的TC25合金相干α/β界面的晶体学表征
图 TC25合金中偏离BOR的非相干α/β界面的晶体学表征
研究随后通过定点FIB-TEM、双束TEM位错分析与像差校正STEM-GPA深入揭示了界面相干性的微观机理。相干界面处FIB薄片显示α/β界面平直连续，位错活动跨越界面呈连续分布，(a)、(c)与(c+a)型位错在不同衍射矢量条件下共存且(c+a)位错分布于界面两侧并保持较好连续性，原子尺度表征亦证实界面具有良好的晶格连续性与晶体学对应，GPA应变场沿界面相对连续分布而无孤立尖锐集中。相反，非相干界面呈弯曲不规则形态，位错密集区主要集中于α侧界面前沿，大量离散位错线在α相内堆积而相邻β相保持相对洁净，(c+a)位错主要局限于α相而缺乏有效传透，原子尺度显示界面起伏、局部晶格中断与面间距差异，GPA揭示明显的局部剪切应变集中。
图 TC25合金原位拉伸变形过程中滑移的演化及相应的局部界面应变分布
图 相干和非相干α/β界面附近
研究最终将界面相干性与宏观力学性能相联系，阐明了两类界面的本质区别。相干界面凭借较低晶格错配与较高结构连续性，为跨界面滑移传递提供结构连续、晶体学有利的环境，使(a)滑移与(c+a)滑移协同参与应变协调，构成协同激活模式；而非相干界面则通过位错堆积与局部应力集中触发高临界分切应力(c+a)滑移作为补偿应变机制，易导致应变局部化。力学测试显示，本研究TC25合金的屈服强度为1039 MPa、抗拉强度为1154 MPa、延伸率达20.3%，与常规锻造或轧制α+β钛合金相比在保持较高强度的同时展现出更优塑性。研究结论表明，界面相干性是决定α/β界面充当塑性传递通道还是位错障碍源的关键结构参数，提高相干或近相干α/β界面比例是提升钛合金塑性稳定性的潜在策略。
图 TC25合金相干和非相干α/β界面的原子尺度界面结构与GPA应变分析
泽攸科技PicoFemto扫描电镜原位高温拉伸台是一款集成了力学拉伸模块和高温环境模块的先进设备，它能够在扫描电镜中对样品进行原位加热的同时进行拉伸实验。这款产品采用新一代高温拉伸方案，其加热台直接贴紧样品，确保了温度的准确度和稳定性。
SEM原位高温拉伸台
