西工大李金山教授课题组《MRL》：纳米片层TiAl合金中长程堆垛有序诱导优异高温塑性

材料科学与工程 2023-02-10

TiAl合金是非常有前景的航空航天材料，有望在650~900℃替代镍基高温合金制备航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼等关键耐高温部件。在TiAl合金的四大典型微观组织中，片层组织(LM)最具工程应用价值。根据Hall-Petch公式，片层间距(λ)越小，合金的室温和高温屈服强度越高。通常，片层组织的塑性变形主要通过位错滑移或孪晶进行。但随着λ下降到纳米级时,片层组织的变形机制将发生转变，引发不同的力学响应。

上世纪90年代以来,国内外学者在大塑性变形的TiAl合金中偶然发现了长程堆垛有序(LPSO)结构,如9R和6H等，被认为是纳米片层的一种新的变形机理。LPSO的形成对λ非常敏感，仅在几十纳米的片层中才能发生。探索LPSO对TiAl合金力学性能的影响具有重要意义，同时也非常具有挑战性，因为片层组织的λ非常不均匀，这种可变性会导致各种变形机制同时运行。本工作在Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.5B(TNM) 合金中合成了极细的纳米片层，并发现了一种新的塑化机理。

近日，西北工业大学凝固技术国家重点实验室李金山教授团队利用固溶热处理实验在TNM合金中获得了极细的纳米片层组织，其平均λ小于55nm，最大λ小于100nm。研究表明，当片层间距从~20nm增加到~36nm时，LM的塑性变形机制分别通过层错(SFs)和LPSO主导。变形过程中大量LPSO变形带的形成显著增强了合金的加工硬化响应，并触发了相变诱导塑性(TRIP)效应，在750°C下，在不降低屈服强度(YS)的情况下，展示了比通过层错主导的LM高出约4倍的塑性。这一发现为开发具有优异高温强塑性的纳米片层TiAl合金提供了新的见解。相关成果以“Long-period stacking ordering induced ductility of nanolamellar TiAl alloy at elevated temperature”为题发表在Materials Research Letters期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1080/21663831.2023.2173537

该论文的通讯作者为唐斌教授与李金山教授，第一作者为博士生郑国明。该工作受到了国家自然科学基金面上项目(No. 52174377)、国家重点研发计划(No. 2021YFB3702603)以及凝固技术国家重点实验室自主课题(No.2022-TS-06)的大力资助和支持。感谢陕西省材料分析中心与西北工业大学分析测试中心提供的材料表征技术支持。

感谢论文作者团队对本文的大力支持。

推荐阅读：欢迎微信后台回复“应聘编辑”加入我们