取向调控各向异性：PST TiAl双晶在900℃下的非均匀变形机制与强韧化设计

为解决PST TiAl单晶强变形各向异性问题，中国科学院研究人员通过设计B1(65°,8°)/B2(20°,15°)双晶取向组合，结合EBSD/SEM/TEM多尺度分析，发现较软晶粒优先启动变形，γ相孪生(γ variant-dependent)与α2 相位错滑移(α2 cylindrical slip)主导高温协调机制，为通过层片取向设计实现强度-塑性平衡提供新策略。

　　

高温结构材料领域长期面临TiAl合金强度与塑性难以兼得的挑战。作为航空发动机叶片候选材料，多孪晶(PST)TiAl单晶虽具备优异高温性能，但其强烈的变形各向异性导致力学性能不稳定。当服役温度提升至900℃时，如何通过微观组织设计协调变形行为成为突破材料性能瓶颈的关键。

中国科学院研究人员在《Materials Characterization》发表的研究中，创新性地采用双晶模型体系，选取具有典型取向差异的B1(65°,8°)、B2(20°,15°)双晶组合，以S1(23°)单晶为参照，通过电子背散射衍射(EBSD)确认双晶取向差Δθ₁₂
分别为61°和66°。结合扫描电镜(SEM)原位观察、EBSD晶格取向追踪及透射电镜(TEM)位错分析，系统揭示了高温变形过程中非均匀变形的产生机制与协调规律。

关键实验技术
研究采用定向凝固技术制备PST双晶试样，通过EBSD进行晶体取向标定，利用高温力学测试结合SEM实时观测裂纹扩展路径，采用TEM解析位错结构及界面失效特征，重点关注普通位错(ordinary dislocation)、超点阵位错(superlattice dislocation)与变形孪晶的演化规律。

变形启动与传播机制
SEM分析表明，双晶变形始终从Schmid因子较高的软取向晶粒启动，逐步向硬取向晶粒传播。B1双晶因65°大角度界面阻碍位错传输，表现出更显著的非均匀变形特征，而B2双晶通过20°界面的有效应变协调实现了更均匀的塑性流动。

温度依赖的变形模式
EBSD相鉴定显示，900℃下γ相通过孪生(γ variant-dependent)协调变形，其激活程度取决于晶粒特定取向；α₂
相则主要依赖柱面滑移(α₂
cylindrical slip)。TEM证实，温度升高促进超点阵位错在α₂
/γ界面的交滑移，这是界面损伤容限提升的关键因素。

位错行为与强韧化关联
位错分析揭示三个关键机制：(1)普通位错控制初始变形能力；(2)新生孪晶与超点阵位错激活能力决定界面失效抗力；(3)位错-界面交互作用类型(切割或绕过)主导后续变形协调性。B2双晶因15°取向差更利于位错跨界面传输，其应变协调效应使延伸率较B1提升40%。

结论与展望
该研究首次阐明PST TiAl双晶在900℃下的各向异性变形图谱，建立"取向差-位错传输-界面损伤"的定量关联规律。通过证明Δθ₁₂
在20°-65°区间存在最优协调窗口，为设计具有特定层片取向组合的强韧化材料提供理论依据。未来可通过建立取向差-力学性能数据库，进一步发展多晶TiAl合金的织构设计准则。