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西工大李金山團(tuán)隊頂刊研究成果綿集：打破常規(guī)，讓TiAl合金既強(qiáng)又塑
作者：admin
發(fā)布時間：23-10-26
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01【導(dǎo)讀】
新一代航空航天工業(yè)正朝著“大動力、強(qiáng)機(jī)動、持久續(xù)航、低能耗”的方向發(fā)展。一代裝備，一代材料，現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展對結(jié)構(gòu)材料提出了輕質(zhì)，高強(qiáng)高韌和安全可靠的要求。TiAl合金是迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一可在鎳基高溫合金服役溫度下限，鈦合金服役溫度上限使用的金屬間化合物。TiAl合金的密度僅為鎳基高溫合金的一半，通常用于制備航空發(fā)動機(jī)葉片、航天飛行器蒙皮、舵翼和燃燒室噴嘴等關(guān)鍵耐高溫部件。美國和日本等發(fā)達(dá)國家把TiAl合金的研發(fā)作為未來的新一代戰(zhàn)略材料，投入了大量的人力、物力和財力。盡管TiAl合金已經(jīng)部分實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，但由于室溫脆性大、缺口敏感度高、熱成型能力差以及高溫服役過程中組織不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，還無法實現(xiàn)大規(guī)模工程應(yīng)用
全片層組織具有最優(yōu)異的室溫/高溫強(qiáng)度，高溫蠕變抗力以及斷裂韌性，最具工程應(yīng)用價值。但是全片層組織的TiAl部件在裝配和服役過程中卻面臨著兩大難題：(1)室溫塑性極差，容易發(fā)生脆性斷裂，裝配困難；(2)熱成形能力差，熱加工過程中在片層團(tuán)的邊界處容易形成微裂紋，造成材料的開裂。如何在全片層組織性能的基礎(chǔ)上，同時提高合金的強(qiáng)度，具有重要意義。
02【成果掠影】
西工大李金山教授團(tuán)隊通過以Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B合金(該合金的最大服役溫度為750℃)為研究對象，利用固溶熱處理實驗提出了三相三態(tài)（T-T）和三相雙態(tài)（T-B）兩種新型顯微結(jié)構(gòu)，與片層組織相比，T-T結(jié)構(gòu)可將室溫和750℃的屈服強(qiáng)度分別提高~180MPa和~130MPa，并展現(xiàn)出2倍于片層組織的室溫/高溫塑性。另外，T-D結(jié)構(gòu)還同時極大地降低了材料的再結(jié)晶溫度，使其在800℃下分別展現(xiàn)70%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-B兩種新型顯微結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)主要依靠雙重?zé)崽幚磉^程中觸發(fā)的胞狀反應(yīng)，可推廣應(yīng)用于其他TiAl合金體系，為提高鈦鋁合金從室溫到服役溫度范圍內(nèi)的強(qiáng)塑性以及拓寬其熱加工窗口提供了新途徑。
李金山教授團(tuán)隊的上述研究成果分別發(fā)表在金屬領(lǐng)域國際頂級期刊Acta Materialia和國際塑性領(lǐng)域頂級期刊International Journal of Plasticity上。文章提出的組織調(diào)控方法簡單，性能提升顯著，具有重要的工程應(yīng)用前景。
這兩篇文章的通訊作者還包括西北工業(yè)大學(xué)唐斌教授，王毅教授，材料學(xué)院博士研究生鄭國明為第一作者。其中名為“Evading the strength-ductility trade-off at room temperature and achieving ultrahigh plasticity at 800℃ in a TiAl alloy”的論文受到了國際TiAl領(lǐng)域權(quán)威專家的關(guān)注，已經(jīng)成為ESI高被引/熱點(diǎn)論文。名為“Breaking the high-temperature strength-ductility trade-off in TiAl alloys through microstructural optimization”的論文受到了IJP期刊編輯Akhtar Khan教授和審稿人的一致好評。
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