西工大李金山团队顶刊研究成果绵集：打破常规，让TiAl合金既强又塑

1.导读

新一代航空航天工业正朝着“大动力、强机动、持久续航、低能耗”的方向发展。一代装备，一代材料，现代工业的不断发展对结构材料提出了轻质，高强高韧和安全可靠的要求。TiAl合金是迄今为止发现的唯一可在镍基高温合金服役温度下限，钛合金服役温度上限使用的金属间化合物。TiAl合金的密度仅为镍基高温合金的一半，通常用于制备航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼和燃烧室喷嘴等关键耐高温部件。美国和日本等发达国家把TiAl合金的研发作为未来的新一代战略材料，投入了大量的人力、物力和财力。尽管TiAl合金已经部分实现了商业化应用，但由于室温脆性大、缺口敏感度高、热成型能力差以及高温服役过程中组织不稳定的缺点，还无法实现大规模工程应用

全片层组织具有最优异的室温/高温强度，高温蠕变抗力以及断裂韧性，最具工程应用价值。但是全片层组织的TiAl部件在装配和服役过程中却面临着两大难题：(1)室温塑性极差，容易发生脆性断裂，装配困难；(2)热成形能力差，热加工过程中在片层团的边界处容易形成微裂纹，造成材料的开裂。如何在全片层组织性能的基础上，同时提高合金的强度，具有重要意义。

2.成果掠影

西工大李金山教授团队通过以Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B合金(该合金的最大服役温度为750℃)为研究对象，利用固溶热处理实验提出了三相三态（T-T）和三相双态（T-B）两种新型显微结构，与片层组织相比，T-T结构可将室温和750℃的屈服强度分别提高~180MPa和~130MPa，并展现出2倍于片层组织的室温/高温塑性。另外，T-D结构还同时极大地降低了材料的再结晶温度，使其在800℃下分别展现70%的塑性，从而大大拓宽了钛铝合金的热加工窗口，有望将等温锻造或等温轧制温度从1200℃降低至800℃。

文章指出T-T和T-B两种新型显微结构的实现主要依靠双重热处理过程中触发的胞状反应，可推广应用于其他TiAl合金体系，为提高钛铝合金从室温到服役温度范围内的强塑性以及拓宽其热加工窗口提供了新途径。

李金山教授团队的上述研究成果分别发表在金属领域国际顶级期刊Acta Materialia和国际塑性领域顶级期刊International Journal of Plasticity上。文章提出的组织调控方法简单，性能提升显著，具有重要的工程应用前景。

这两篇文章的通讯作者还包括西北工业大学唐斌教授，王毅教授，材料学院博士研究生郑国明为第一作者。其中名为“Evading the strength-ductility trade-off at room temperature and achieving ultrahigh plasticity at 800℃ in a TiAl alloy”的论文受到了国际TiAl领域权威专家的关注，已经成为ESI高被引/热点论文。名为“Breaking the high-temperature strength-ductility trade-off in TiAl alloys through microstructural optimization”的论文受到了IJP期刊编辑Akhtar Khan教授和审稿人的一致好评。