西工大李金山團隊頂刊研究成果綿集：打破常規，讓TiAl合金既強又塑

1. 導讀

新一代航空航天工業正朝著“大動力、強機動、持久續航、低能耗”的方向發展。一代裝備，一代材料，現代工業的不斷發展對結構材料提出了輕質，高強高韌和安全可靠的要求。TiAl合金是迄今為止發現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動機葉片、航天飛行器蒙皮、舵翼和燃燒室噴嘴等關鍵耐高溫部件。美國和日本等發達國家把TiAl合金的研發作為未來的新一代戰略材料，投入了大量的人力、物力和財力。盡管TiAl合金已經部分實現了商業化應用，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定的缺點，還無法實現大規模工程應用

全片層組織具有最優異的室溫/高溫強度，高溫蠕變抗力以及斷裂韌性，最具工程應用價值。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上，同時提高合金的強度，具有重要意義。

2. 成果掠影

西工大李金山教授團隊通過以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（T-T）和三相雙態（T-B）兩種新型顯微結構，與片層組織相比，T-T結構可將室溫和750℃的屈服強度分別提高~180MPa和~130MPa，并展現出2倍于片層組織的室溫/高溫塑性。另外，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，為提高鈦鋁合金從室溫到服役溫度范圍內的強塑性以及拓寬其熱加工窗口提供了新途徑。

李金山教授團隊的上述研究成果分別發表在金屬領域國際頂級期刊Acta Materialia和國際塑性領域頂級期刊International Journal of Plasticity上。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。

這兩篇文章的通訊作者還包括西北工業大學唐斌教授，王毅教授，材料學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領域權威專家的關注，已經成為ESI高被引/熱點論文。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。