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動機葉片、航天飛行器蒙皮、舵翼等關鍵耐高溫部件。在TiAl合金的四大典型微觀組織中，片層組織(LM)最具工程應用價值。根據Hall-Petch公式，片層間距(λ)越小，合金的室溫和高溫屈服強度越高。通常，片層組織的塑性變形主要通過位錯滑移或孿晶進行。但隨著λ下降到納米級時,片層組織的變形機制將發生轉變，引發不同的力學響應。

上世紀90年代以來,國內外學者在大塑性變形的TiAl合金中偶然發現了長程堆垛有序(LPSO)結構,如9R和6H等，被認為是納米片層的一種新的變形機理。LPSO的形成對λ非常敏感，僅在幾十納米的片層中才能發生。探索LPSO對TiAl合金力學性能的影響具有重要意義，同時也非常具有挑戰性，因為片層組織的λ非常不均勻，這種可變性會導致各種變形機制同時運行。本工作在Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.5B(TNM) 合金中合成了極細的納米片層，并發現了一種新的塑化機理。

近日，西北工業大學凝固技術國家重點實驗室李金山教授團隊利用固溶熱處理實驗在TNM合金中獲得了極細的納米片層組織，其平均λ小于55nm，最大λ小于100nm。研究表明，當片層間距從~20nm增加到~36nm時，LM的塑性變形機制分別通過層錯(SFs)和LPSO主導。變形過程中大量LPSO變形帶的形成顯著增強了合金的加工硬化響應，并觸發了相變誘導塑性(TRIP)效應，在750°C下，在不降低屈服強度(YS)的情況下，展示了比通過層錯主導的LM高出約4倍的塑性。這一發現為開發具有優異高溫強塑性的納米片層TiAl合金提供了新的見解。相關成果以“Long-period stacking ordering induced ductility of nanolamellar TiAl alloy at elevated temperature”為題發表在Materials Research Letters期刊上。

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