【引言】

钛铝基合金密度低、比强度高、在700-900°C之间具有良好的结构稳定性，对于航空发动机涡轮增压叶片的研制具有非常重要的意义。β凝固型钛铝基合金为第三代钛铝基合金，其在高温热变形过程中通常会同时发生应力诱发相变、温度诱导相变、动态回复和动态再结晶等现象。γ相，α₂相和β/β₀相在合金中所占的比重会随着锻造温度和形变量的变化发生明显的变化。为了避免晶粒长大，锻饼或轧板一般会从高温直接被空冷至室温，这样合金就没有充足的时间使元素扩散以达到低温下的相平衡。除了存在残余应力之外，这样的工件再次受热时，其微观组织将会存在着很大的不稳定性。本文旨在研究第三代锻态γ-TiAl基合金在低于最低相变点以下热处理过程中的相变机理，并试图推断其在锻造过程中发生的应力诱导相变的途径。

【成果简介】

2019年8月30日，同济大学轻质高温结构材料团队，硕士研究生张振刚(第一作者)、曲寿江副教授（通讯作者）等人与加拿大瑞尔森大学工程院院士陈道伦教授(通讯作者)合作在《materials》期刊上发表题为“A New Mechanism of Dynamic Phase Transformations in An Isothermal ForgedBeta–Gamma Intermetallic Alloy”的文章。文章发现了锻态钛铝基合金在最低相变温度(1160°C)以下热处理会发生相变，并明显改变了合金的微观组织，提高了硬度值。此外，在1000°C处理样品中发现了大量厚度低于1微米的层片析出。文中采用了LM、XRD、SEM等表征手段对锻态样品在1000°C热处理中的相变过程进行分析。证实了合金在1000°C/1h/AC的过程中以γ→α₂+β₀相变为主，而层片析出是由α₂→γ相变导致，并且两个互逆反应同时发生，因此文章主要围绕该动态相变的形成原因进行探究。EDX数据发现相变过程中各相内部的Al含量发生了一定程度的变化，其中α₂相的增长最为明显。而新析出的γ层片与块状γ相的Al含量之间存在差异，证实该合金中层片析出的机制不是晶界形核。通过TEM以及高分辨技术对热处理前后的层片进行观察，发现了层片从母相α₂相内部析出的直接证据，同时也发现层片最初是在α₂层错处形核。文章认为变形过程中应力诱导相变使得γ相的含量短时间内增长并且超过了其低温平衡状态下的含量。在热处理过程中，合金朝着平衡态发展，γ相发生分解转化为其它相(γ→α₂+β₀)，并且提高了α₂相中的Al含量。至于α₂相内部析出γ层片是由于钛铝基合金在变形之后的冷却过程中经历了有序无序转变产生了层错，层错处容易引起溶质元素Al的偏聚，使得γ层片发生析出。

【图文导读】

Figure 1.The high-angle annular dark-field (HAADF) images of initial isothermally forged TiAl (a–c) and HT-1 (d,e), where (f) is the selected area diffraction pattern from location 1 in (e).

Figure 2.Schematic illustration of phase transitions α₂↔γ proposed in this study.

【链接】https://www.mdpi.com/1996-1944/12/17/2787