陈光, 陈奉锐, 朱德民, 李贵忠, 李罗, 宋伟东, 王子特, 相恒高, 陈旸, 祁志祥 . 聚片孪生功能基元序构的高性能TiAl合金[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2026.00048.

摘要 相关文章 Metrics 全文: PDF(1487 KB)   摘要: 发展具有变革性的TiAl合金是航空发动机叶片等热端部件的重点方向，对航空航天高端装备轻量化具有重大意义。针对传统TiAl合金室温脆性大和长时承温能力低两大世界难题，本团队基于“功能基元序构”材料设计新范式，通过精确调控软相γ-TiAl、硬相α2-Ti₃Al及纳米孪晶等功能基元本征特性和序构参数，显著提升了聚片孪生(polysynthetic twinned，PST)TiAl合金强塑性和承温能力。发现了界面类型、片层取向、片层厚度及相比例等序构参数对合金力学性能的决定性作用，澄清了γ相孪生诱导强塑性、α2相层错提高疲劳强度、α2相变增韧及γ/α2共格界面提高断裂韧性等强韧化物理机制，为探索功能基元序构的高性能TiAl合金探明了方向。最后，展望了TiAl合金功能基元序构的发展方向。 关键词 ： 聚片孪生TiAl合金,  功能基元,  序构,  强韧化,  力学性能     Abstract：Transformative titanium–aluminum (Ti–Al) alloys are in high demand for hot-end components such as aeroengine blades and for lightweighting advanced aerospace equipment. However, traditional Ti–Al alloys are brittle at room temperature and exhibit low long-term capability at high temperatures. To overcome these limitations, our team has proposed a new material-design paradigm based on “ordered structures of functional units.” By precisely regulating the intrinsic characteristics and ordered structures of the soft γ-TiAl phase, the hard α2-Ti3Al phase, and nano-twins, we considerably enhance the strength, plasticity, and high-temperature capability of polysynthetic twinned Ti–Al alloys. We also demonstrate the decisive roles of ordered-structure parameters, such as interface type, lamellar orientation, lamellar thickness, and phase proportion, on the mechanical properties of the alloy. The physical strengthening and toughening mechanisms include twinning-induced strengthening and plasticity in the γ phase, fatigue-strength-enhancing stacking faults in the α2 phase, toughening via transformation of the α2 phase, and γ/α2 coherent interfaces, which improve fracture toughness. These insights illuminate promising directions for the development of Ti–Al alloys with ordered functional-unit structures. Key words： Polysynthetic Twinned TiAl alloy    functional units    ordered structures    strengthening and toughening    mechanical property 收稿日期: 2026-02-09      基金资助:国家自然科学基金(92463301, 92163215, 52595663, 52571145, 52433016); 国家重点研发计划项目(2024YFB3713503); 重点新材料研发及应用国家科技重大专项(2025ZD0608600); 中国博士后科学基金面上项目(2025M784312); 高温轻合金及应用技术全国重点实验室开放基金(sysjj2025101、sysjj2025102、sysjj2025201、sysjj2025202、sysjj2025203); 江苏省卓越博士后计划资助 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 陈光 陈奉锐 祁志祥 朱德民 李贵忠 李罗 宋伟东 王子特 相恒高 陈旸 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/Y0/V/I/0 [1] 王建峰, 许珍木, 刘战, 高转妮, 占小红. 超声振动对TC4钛合金窄间隙激光焊接组织及强化机理的影响[J]. 金属学报, 2026, 62(3): 406-420. [2] 蒋志达, 胥杨洋, 于佳新, 刘文才, 朱浩文, 吴国华, 尚郑平. 高温无氧轧制Cu/1060Al/Cu三层复合材料的力学和导电性能[J]. 金属学报, 2026, 62(3): 431-444. [3] 江国龙, 周霞. 超声辅助下Mg/Mg-Zn-Al钎焊界面行为的分子动力学模拟[J]. 金属学报, 2026, 62(2): 372-382. [4] 陆善平, 孙健. 高强钢焊缝金属组织设计与强韧化机理研究进展[J]. 金属学报, 2026, 62(1): 1-16. [5] 曹睿, 刘梓申. 高强钢焊缝金属强韧性研究进展[J]. 金属学报, 2026, 62(1): 64-80. [6] 王启勇, 李晓博, 刘小超, 王心成, 张泰瑞, 倪中华, 陈彪. 低碳钢预制涡流搅拌摩擦焊工艺研究[J]. 金属学报, 2026, 62(1): 217-234. [7] 张天宇, 张鹏, 肖娜, 王小海, 刘国强, 杨志刚, 张弛. 奥氏体化温度对2 GPa超高强钢显微组织和力学性能的影响[J]. 金属学报, 2025, 61(9): 1353-1363. [8] 王洪瑛, 姚志浩, 李大禹, 郭婧, 姚凯俊, 董建新. 高 γ' 相含量粉末及变形高温合金组织和力学性能的异同性[J]. 金属学报, 2025, 61(9): 1364-1374. [9] 吴志勇, 邵徽凡, 蔡长春, 曾敏, 王振军, 王艳丽, 陈雷, 熊博文. 斜纹碳布缝合织物结构增强铝基复合材料的高温拉伸及断裂行为[J]. 金属学报, 2025, 61(9): 1387-1402. [10] 肖文龙, 臧晨阳, 郭锦涛, 冯佳文, 马朝利. 基于原位电阻法的7A65铝合金厚板双级时效工艺[J]. 金属学报, 2025, 61(8): 1153-1164. [11] 刘继浩, 迟宏宵, 武会宾, 马党参, 周健, 谷金波. 喷射成形工艺对M3高速钢碳化物特征及力学性能的影响[J]. 金属学报, 2025, 61(8): 1229-1244. [12] 葛蓬华, 张勇, 李志明. 异构FeCoNi中熵合金的软磁与力学行为[J]. 金属学报, 2025, 61(7): 1119-1128. [13] 韩晓东, 安子冰, 毛圣成, 龙海波, 杨鲁岩, 张泽. 负混合焓合金化推动高强韧合金发展[J]. 金属学报, 2025, 61(7): 953-960. [14] 谢昂, 陈胜虎, 姜海昌, 戎利建. Nb含量和均质化处理对奥氏体不锈钢铸态组织和力学性能的影响[J]. 金属学报, 2025, 61(7): 1035-1048. [15] 钦兰云, 张健, 伊俊振, 崔岩峰, 杨光, 王超. 固溶时效对激光沉积修复ZM6合金组织及力学性能的影响[J]. 金属学报, 2025, 61(6): 875-886. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed