Synergistic strength-ductility improvement of (TiB+TiC/Ti6Al4V)–Ti6Al4V composites through laminated structural designs

材料科学 复合材料 复合数 先进复合材料 有限元法 熔融沉积模型 热塑性复合材料 微观结构 结构工程 材料试验
作者
Jin Min,Yuehua Cao,Xianxiang Lu,Wei Han,Yanhua Guo,Zhonggang Sun,Jiang Yin,Yidong Xia,Zhiguo Liu
出处
期刊:Journal of materials research and technology [Elsevier BV]
卷期号:41: 1428-1446
标识
DOI:10.1016/j.jmrt.2026.01.104
摘要

In order to resolve the conflict between strength and ductility in titanium matrix composites (TMCs), we designed a novel laminated Ti6Al4V (Ti64)-TMCs composite using laser melting deposition. Six configurations with varying layer thicknesses were engineered to achieve continuous microstructural gradients. Key findings reveal that the TMCs layer (8-18 μm grains) promotes heterogeneous nucleation through in situ reinforcement, while the transition layer (19-30 μm grains) bridges structural hierarchies. The Ti64 matrix maintains prior β-columnar grains, collectively forming an equiaxed-columnar gradient structure. Layer thickness critically influences elemental diffusion and defect dynamics: Thicker Ti64 layers impede B/C element migration, inducing grain boundary dislocation pile-ups in TMCs layers, while increased TMCs layer thickness reduces geometric dislocation density. This hierarchical design overcomes traditional trade-offs by strategically managing stress distribution and crack propagation pathways. Our work establishes a multiscale structural paradigm that resolves the longstanding strength-ductility conflict in titanium composites, providing fundamental insights for engineering high-performance structural materials through controlled microstructural gradation.
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