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哈工大陈瑞润教授团队研制的新型全片层TiAl合金为下一代轻质航空航天材料开发提供新思路

2026-01-05 10:09:15 来源：哈尔滨工业大学新闻网责任编辑：袁梦

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近日，材料科学与工程学院陈瑞润教授团队在新型全片层团钛铝合金的研制方面取得重要进展。研究成果以《具有高密度位错和纳米孪晶的新型全片层团合金展现出超高强度和塑性》(A novel full lamellar colony〔β1+γ〕microstructure of Ti46Al5NbxFe alloys with high-density dislocations and nanotwins exhibited ultra-high strength and plasticity properties)为题发表在《材料学报》(Acta Materialia)上。该成果为下一代轻质航空航天材料的开发提供新思路。

TiAl合金，因其低密度、优异的抗氧化和抗蠕变性能，被称为实现结构轻量化与满足高温工作需求的“潜力股”。然而，其固有的室温塑性差、热加工性能欠佳等问题长期制约其广泛应用。如何在不牺牲高温性能的前提下，大幅提升其室温塑性，成为亟待攻克的关键难题。

针对该难题，团队通过添加铁，在TiAl合金中具有高密度位错和纳米孪晶的新型类珠光体结构(β1+γ)，有效提高强度和塑性。随着铁含量的增加，合金在α2/γ相界面处形成富铁的β1相，并逐渐取代α2相。α2/γ界面上的位错和界面能为β1相提供成核位点，当铁含量达到2.0%时形成的过饱和结构引起的化学非平衡为β1相的生长提供驱动力。当铁含量为2.8%时，室温下的抗压强度和应变分别达到2925 MPa和36.8%。该合金在950℃下表现出97%的超高拉伸应变，这源于织构弱化、多种滑移系统的激活以及以动态回复和再结晶为主导的连续软化之间的有效协同作用。在合金受力变形过程中，γ/β1界面和孪晶边界诱导的高密度层错(SF)和超细变形纳米孪晶逐渐形成，促进形成3D纳米孪晶网络。3D纳米孪晶网络固有的可重复性使其成为存储高密度位错的可持续来源。这种特殊的类珠光体结构(LPM)，以及由SF和纳米孪晶介导的塑性变形和高密度位错，为TiAl合金在塑性成形领域奠定了实验和理论基础。

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