李金山教授團隊在Acta Materialia發表研究成果
軍工資源網 2022年01月26日導讀
隨著新一代航空航天飛行器性能的不斷提高，對輕質耐高溫材料的需求日益迫切。TiAl合金因其具有低密度（僅為鎳基高溫合金的一半）、高比強、耐燒蝕、良好的高溫力學性能及優異的抗氧化性能，是650-850℃服役溫度區間內重要的候選材料，可用于制備航空發動機葉片、航天飛行器蒙皮、舵翼等關鍵耐高溫部件。但是，TiAl合金室溫塑性差、熱加工窗口窄，嚴重制約了工程化應用。因此，如何提高TiAl合金的室溫塑性并拓寬其熱加工窗口一直是國內外研究的難點和熱點。
研究成果簡介
近日，我院凝固技術國家重點實驗室李金山教授團隊以經典鈦鋁合金Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B為研究對象，提出了三相三態（T-T）和三相雙態（T-D）兩種新型顯微結構，與片層組織相比，這兩種組織分別可將室溫強度提高~180MPa和130MPa，并展現出2倍于片層組織的室溫塑性。另外，T-T和T-D結構還同時極大地降低了材料的再結晶溫度，使其在800℃下分別展現出67%和79%的塑性，從而大大拓寬了鈦鋁合金的熱加工窗口，有望將等溫鍛造或等溫軋制溫度從1200℃降低至800℃。文章指出T-T和T-D兩種新型顯微結構的實現主要依靠雙重熱處理過程中觸發的胞狀反應，可推廣應用于其他TiAl合金體系，為提高鈦鋁合金的室溫強塑性以及拓寬其熱加工窗口提供了新途徑。
文章提出的組織調控方法簡單，性能提升顯著，具有重要的工程應用前景。相關研究成果以“Evading the strength-ductility trade-off at room temperature and achieving ultrahigh plasticity at 800℃ in a TiAl alloy”為題發表在金屬領域國際頂級期刊Acta Materialia (DOI: 10.1016/j.actamat.2021.117585)。該論文通訊作者為凝固技術國家重點實驗室唐斌教授，王毅副教授，第一作者為博士生鄭國明。該工作獲得國家自然科學基金(51771150)和航空科學基金(201936053001)的資助和支持。
圖文導讀
圖1. (a) 全片層組織；(b) T-T結構；(c) T-D結構；(d) 片層組織的取向圖；(e) T-T結構的取向圖；(f) T-D結構的取向圖；(g) 片層結構γ和α2相的極圖；(h) 片層組織，類珠光體組織γ、α2和β0相的極圖；(i)取向圖中不同顏色對應的歐拉角；(j) 片層組織，T-T和T-D結構中大角晶界統計。
圖2. 片層組織、T-T和T-D結構在室溫和800 ℃時的拉伸性能；(a) 室溫時三種組織的拉伸真應變-真應力曲線和加工硬化速率曲線;(b) 800℃時三種組織的拉伸真應變-真應力曲線;(c) T-T和T-D結構的抗拉強度、塑性與國內外已報道TNM鈦鋁合金拉伸性能對比;(d) 800℃時三種組織的力學性能比較。
