论文链接：https://doi.org/10.1007/s11665-022-07278-2

通讯作者：付亚波教授

学者名片

付亚波，工学博士，台州学院教授，硕导，台州市“500精英”人才。

研究成果介绍

【背景介绍】

钛合金作为一种具有战略意义的新型结构金属材料，广泛应用于航空、武器、船舶等工业领域。美国军用飞机使用的钛合金已达到总重量的38%。航空材料的要求更为严格，包括高强度、轻量化和高韧性，以满足设计和应用的要求。Ti-5553、Ti-55531等近β钛合金具有较高的强度和韧性，是先进钛合金生产的重要趋势之一。然而，钛合金通常很难通过铸造获得优异的强度和韧性。因此，通过对铸造工艺参数的研究，优化铸态产品的结构，提高铸态产品的性能是十分重要的。本研究利用Pro-CAST软件对吸铸工艺参数进行模拟，在Ti-55531合金中加入0.1wt%的La，制备出具有超细晶粒的梯度组织，获得高强度、高延展性的优异性能。

【成果简介】

近期，台州学院及浙江省工量刃具检测及深加工重点实验室的付亚波教授等人，通过模拟及在Ti-55531合金中加入0.1wt%的La，获得了具有超细晶粒的梯度结构Ti-55531。相关研究结果发表在《Journal of Materials Engineering and Performance》上，题目为：Gradient structure of Ti-55531 with nano-ultrafine grains fabricated by simulation and suction casting。

【研究结论】

（1）当熔化温度超过1695℃时，从边缘到中心，梯度冷却速率从88.83℃/ s逐渐减小到52.79℃/ s，再到37.51℃/ s，导致边缘区域快速凝固形成超细晶粒。在边缘处形成间距为20.5 nm的纳米级超细α相和晶粒尺寸为20 nm的β相。中心缓慢凝固生长为粗晶结构，平均尺寸为4 μm。

(2)随着半径的增大，硬度呈梯度增大的趋势，从中心处的3.67±0.12 GPa，逐渐增加到半径为R1500处的3.79±0.07 GPa，最终由于纳米超细晶粒的存在，硬度在半径为R3000处达到最大值4.12±0.33 GPa。

(3)梯度结构可以提高Ti-55531合金的强度-塑性。抗压强度和应变分别为3118 MPa和69%，比非梯度合金提高了36%和30%。

【图文解读】

图1 图文摘要

图2 1695℃梯度温度下的冷却速率。(a)分数固体(FS) 0℃/ s为57%，为1.2564秒，(b) 88.83℃/ s为82%，为1.7476秒，(c) 52.79℃/ s为94%，为2.1160秒，(d) 37.51℃/ s为100%，为2.9756秒。

【小结】

铸造法制备梯度结构的高强韧钛合金，可以很好的平衡合金的性能及成本。本工作还突出了梯度结构的力学性能，得到了电弧熔炼温度的模拟方程，属于学科交叉领域的典范。

人物介绍

教育工作经历

1997年毕业于武汉科技大学，金属压力加工专业，获工学学士学位；

2006年毕业于兰州理工大学，材料工程专业，获工程硕士学位；

2011年毕业于大连理工大学，材科加工工程专业，获工学博士学位。

2011年9月至今，台州学院教学、科研专任教师。

研究方向

1.外场控制凝固过程， 研究了高强韧耐磨的铝青铜、替代铍青铜的高强高弹性钛青铜、高强高导铬锆铜、纳米氧化铝弥散强化铜、强 耐 蚀 白 铜 、 无 铅 铜 等 的 研 究 及 应 用

2. 钛 合 金 ， 无 人 机 用 高 强 韧La-Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr （Ti55531）复杂合金的研究；

3.铝及铝合金，铝基石墨稀复合材料及其杀菌性能的研究；

4.复合搅拌设备改性金属材料、废固回收利用等。

学术论著

已发表 SCI/EI 收录论文29篇，其中TOP期刊3篇，他引130次以上一篇，高被引论文一篇。获授权发明专利6项，2018年6月出版教材《无损检测实用教程》一部，2018 年主持教育部产学研项目《核心课程《无损检测》的智能云教学改革研究》一项。主持及参与省市国家级项目6项，主持及参与省部级课题及企业横向项目经费达400余万元。

近期代表作

1. Ya-Bo Fu* , Yi-Ping Lu, Zhi-Jun Wang, Zhi-Qiang Cao, Ai-Jiao Xu

Microstructural refinement and performance improvement of Cu–36 wt% Zn alloy by Al2O3 nanoparticles coupling electromagnetic stirring. Rare Metals, 41(10): 3560-3565, DOI: https://doi.org/10.1007/s12598-016-0723-6, 2022.10出版，索引时间：2022-09-17, SCI, IF: 6.318（2021）,中科院一区，TOP期刊，ISSN：1001-0521，eISSN:1867-7185。

2. Yabo Fu*, Renqing Guo, Jianbo Wu, Shufeng Li. Enhancing compressive stress-strain of Ti55531 alloy via La-rich nanoscale structure at grain boundaries. Journal of Materials Engineering and Performance，27 December 2022，DOI https://doi.org/10.1007/s11665-022-07761-w，2023-01-26检索，中科院四区.

3.Yabo Fu*, Qingfa Pan, Gang Liu, Guangliang Zhang. Gradient Structure of Ti-55531 with Nano-ultrafine Grains Fabricated by Simulation and Suction Casting. Journal of Materials Engineering and Performance，DOI 10.1007/s11665-022-07278-2. 2022.09，中科院四区

4. Yabo* Fu, Haonan Chen, Renqing Guo, Yuanding Huang, Mohammad Reza Toroghinejad.Extraordinary strength-ductility in gradient amorphous structured Zr-based alloy. Journal of Alloys and Compounds, 888 (2021) 161507. 2021.12.25, (2021.08.10 online). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161507. 中科院二区(TOP期刊）.IF=6.317（2021).它引60次，高被引论文。

5. Yabo Fu*, Yuanding Huang, Zhenzhong Liu, Renqing Guo, Shufeng Li. Mechanical behaviors of novel multiple principal elements CuAl10Fe5Ni5Mn1.2?wt% with micro-nano structures，Journal of Alloys and Compounds, 843 (2020),155993. Volume 843, 2020.11.30. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155993， 中科院二区(TOP期刊）.IF=5.316（2020）

6. YaBo Fu*, HaoNan Chen, ZhiQiang Cao and YanQiu Huo, Effect of CeO2 Nanoparticles on Interface of Cu/Al2O3 Ceramic Clad Composites，Materials，2020, 13（5）：1240; doi:10.3390/ma13051240, 2020.3.9，IF:3.057（2019）,中科院三区

7. Yabo Fu*, Qinfa Pan, Zhiqiang Cao, ShufengLi ,Yanqiu Huo. Strength and electrical conductivity behavior of nanoparticles reaction on new alumina dispersion-strengthened copper alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2019, 798: 616-621, 2019.05.25, 中科院二区(Top期刊)，IF:4.65（2019）, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.

8. Yabo Fu*, Shufeng Li, Jing Cui, and Ping Zhang. Al2O3 nanoparticles induced corrosion behavior of copper-based composites in a chloride environment, Science of Advanced Materials, 2018, 10(5): 718-723,中科院三区,2018.05, IF:1.158

9.Yabo Fu*, Zhijun Wang, and Aijiao Xu,. Al2O3 Nanoparticles Induced High Dezincification Corrosion Resistance of 71 wt.% Cu–Zn Alloy, Science of Advanced Materials, 2015.12, 7(12):2570-2575，中科院二区，1.812

10. Yabo Fu*, Jing Cui, Zhiqiang Cao, Cracks of Cu-Cr-Zr alloy bars under planetary rolling, Rare Metal Materials and Engineering, 2015.03,44(3):567-570，2015.03, 四区, IF: 0.236

11. Y.B. Fu *and J. Cui. Preparation of Cu–Cr–Zr alloy billets by horizontal electromagnetic continuous stirring. Materials Science and Technology，2013.12.19，30(3): 370-376, 四区，IF: 0.804

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