杨劼人课题组《IJP》：定向热处理调控Ti2AlNb合金高性能异质结构

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航空航天领域的高速发展对高性能金属材料寄予了更高期许，基于传统均匀热处理/变形控制下的金属材料受限于强、韧性之间的倒置悖论，其性能优化达到瓶颈。近些年，在充分挖掘均匀组织潜力基础上，非均匀组织的设计理念应运而生，并受到广泛关注。这种设计理念的关键在于利用了软、硬结构的塑性变形的不均匀性，以及相互约束所引起的局域应变梯度，可高效实现几何必须位错的积累，在相应的异质变形诱导强化作用下，大幅地改善合金的应变硬化能力，在合金性能提升方面具备巨大潜力。
        定向热处理技术是一种在固态条件下，通过控制热区移动以完成晶界定向迁移的组织-性能调控方法，可用于制备各向异性的金属结构和功能单晶/柱状晶。以往，在定向加热过程中，人们更多关注于热区中心所移动的“上端路径”，而忽略了定向温度梯度作用的“下端路径”，这也为多相非均匀结构的构筑提供了潜在的契机。

图1 异质结构与锻态样品的拉伸性能对比：(a) 工程应力-应变曲线，插图为应变硬化率对真应变曲线；(b) YS，UTS及延伸率的性能对比；(c)-(d) 与Ni基高温合金、TiAl合金及其它同类Ti2AlNb基合金的性能对比

        近日，四川大学材料科学与工程学院杨劼人课题组采用定向热处理手段，通过精确调控移动热区变量，设计并获得了多尺度O相的空间有序排列与组合，成功制备出了Ti2AlNb合金的梯度异质结构，使合金获得了优异的应变硬化效果，其抗拉强度和延伸率分别提高了14.2%和29.2%。相关工作以题为“Heterostructure Manipulation of Ti2AlNb Alloy through Directional Induction Heating: Investigation of Multi-Scale Deformation Mechanisms in the O Phase”发表在材料加工领域国际顶级期刊International Journal of Plasticity上（DOI：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103830）。论文第一作者为博士研究生刘泽栋，通讯作者为杨劼人。本研究工作获得了国家自然科学基金（52074229, 52371035）、先进金属与材料国家重点实验室（2020-ZD05）和四川省重点研发计划（SC2022A1C01J）的支持。
       注：Ti2AlNb合金最早于1988被Banerjee等人在Ti3Al基合金的增韧研究中发现。在Ti-Al合金体系中，Ti2AlNb合金表现出更加优异的高温性能及显著提升的室温塑性，特别适用于制造航天航空发动机的热端零件，如发动机叶片、涡轮盘等。为了满足新一代高性能化航空部件的需求，对Ti2AlNb合金力学性能提出了严苛的要求。


          文章来源：四川大学
          杨劼人，1984年生，四川成都人，四川大学特聘研究员，博士生导师，国家高层次人才特殊支持计划入选者，四川省天府峨眉计划青年人才，四川大学双百人才。长期从事高温金属材料设计、相变理论、结构-性能调控及凝固加工方向研究，主持国家级项目6项，省部级科研项目10余项，以第一/通讯作者发表SCI论文50余篇，授权发明专利20项，出版专著《航空航天材料定向凝固》，获黑龙江省技术发明一等奖，全国“稀有”青年。