近日，中國科學院金屬研究所副研究員張龍、研究員張海峰等合作研究發現，當非晶內生復合材料中β-Ti相具有臨界的亞穩定性時（即在拉伸載荷作用下內生β相既不能保持穩定也不會轉變為α'或α＂馬氏體相），則非晶內生復合材料的應力-應變曲線上會出現明顯的鋸齒流變行為。這與之前報道的非晶內生復合材料的拉伸力學行為明顯不同，而是類似于單相非晶合金在壓縮載荷作用下的鋸齒流變行為，且該非晶內生復合材料在拉伸中的鋸齒大小累積分布也服從類似的冪律分布規律。該非晶內生復合材料呈現剪切破壞模式，拉伸破壞后的微觀組織中變形帶同時貫穿了β-Ti枝晶和局域非晶基體。β-Ti枝晶中的變形帶主要由ω-Ti相組成，厚度約為10nm，表明亞穩β相在變形過程中轉變為了ω相。非晶內生復合材料的鋸齒行為起源于這種新的塑性變形機制：非晶基體中剪切帶與亞穩β-Ti枝晶中ω-Ti帶的協同剪切機制。剪切帶與ω-Ti帶的協同剪切可以在單個枝晶的局域范圍（數十微米）內引發剪切失穩，但協同剪切變形帶會被周圍不同晶體取向的β-Ti枝晶所抑制。剪切帶/ω-Ti帶的協同剪切不斷被激發和抑制導致了非晶內生復合材料出現了拉伸鋸齒行為。ω帶的產生與協同剪切過程的高應變速率（可高達～10³ s^-1）有關，高應變速率激發1/2<111>_β全位錯，由于ω相的自由能相對于亞穩β相更低，全位錯分解為兩個1/12<111>_β和一個1/3<111>_β不全位錯，實現β相到ω相轉變。這種協同剪切機制與內生β相的亞穩定性密切相關。剪切帶與ω帶協同剪切機制的發現豐富了對非晶復合材料變形機制的認識，為開發兼具拉伸塑性和剪切破壞方式的高釋能非晶內生復合材料提供了理論基礎。 

　　相關成果以“非晶內生亞穩β-Ti復合材料中的協同剪切”（Cooperative Shear in Bulk Metallic Glass Composites Containing Metastable β-Ti Dendrites）為題，發表在Physical Review Letters上。研究工作得到科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、“興遼英才計劃”等支持。 

　　論文鏈接 

　　非晶內生亞穩β-Ti復合材料的微觀組織和拉伸應力-應變曲線

　　拉伸破壞后樣品的微觀組織，可見協同剪切的變形帶貫穿枝晶與非晶基體

　　β到ω的相轉變以及非晶內生復合材料中剪切帶與ω-Ti帶的協同剪切機制