TiAl合金是非常有前景的航空航天材料，有望在650~900℃替代鎳基高溫合金制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、航天飛行器蒙皮、舵翼等關(guān)鍵耐高溫部件。在TiAl合金的四大典型微觀組織中，片層組織(LM)最具工程應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)Hall-Petch公式，片層間距(λ)越小，合金的室溫和高溫屈服強(qiáng)度越高。通常，片層組織的塑性變形主要通過位錯(cuò)滑移或?qū)\晶進(jìn)行。但隨著λ下降到納米級(jí)時(shí),片層組織的變形機(jī)制將發(fā)生轉(zhuǎn)變，引發(fā)不同的力學(xué)響應(yīng)。

上世紀(jì)90年代以來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在大塑性變形的TiAl合金中偶然發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)程堆垛有序(LPSO)結(jié)構(gòu),如9R和6H等，被認(rèn)為是納米片層的一種新的變形機(jī)理。LPSO的形成對(duì)λ非常敏感，僅在幾十納米的片層中才能發(fā)生。探索LPSO對(duì)TiAl合金力學(xué)性能的影響具有重要意義，同時(shí)也非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槠瑢咏M織的λ非常不均勻，這種可變性會(huì)導(dǎo)致各種變形機(jī)制同時(shí)運(yùn)行。本工作在Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.5B(TNM) 合金中合成了極細(xì)的納米片層，并發(fā)現(xiàn)了一種新的塑化機(jī)理。

近日，西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李金山教授團(tuán)隊(duì)利用固溶熱處理實(shí)驗(yàn)在TNM合金中獲得了極細(xì)的納米片層組織，其平均λ小于55nm，最大λ小于100nm。研究表明，當(dāng)片層間距從~20nm增加到~36nm時(shí)，LM的塑性變形機(jī)制分別通過層錯(cuò)(SFs)和LPSO主導(dǎo)。變形過程中大量LPSO變形帶的形成顯著增強(qiáng)了合金的加工硬化響應(yīng)，并觸發(fā)了相變誘導(dǎo)塑性(TRIP)效應(yīng)，在750°C下，在不降低屈服強(qiáng)度(YS)的情況下，展示了比通過層錯(cuò)主導(dǎo)的LM高出約4倍的塑性。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)具有優(yōu)異高溫強(qiáng)塑性的納米片層TiAl合金提供了新的見解。相關(guān)成果以“Long-period stacking ordering induced ductility of nanolamellar TiAl alloy at elevated temperature”為題發(fā)表在Materials Research Letters期刊上。

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