不同轧制温度下Ti-TiAl层状复合材料的织构演变与力学性能研究

为解决TiAl金属间化合物室温延展性差的问题，研究人员通过热轧包覆法在1175-1100°C制备了DsTi700/Ti43Al9V层状复合材料，揭示了轧制温度对织构（Cu1{112}<1?1?1>、Goss{110}<001>）和力学性能的影响机制，1100°C轧制的复合材料展现出优异的综合性能，为轻量化高温材料设计提供新思路。

　　

在航空航天和汽车发动机领域，TiAl金属间化合物因其低密度和优异的高温性能备受关注，但其室温脆性严重制约实际应用。受自然界贝壳层状结构启发，Ti-TiAl金属-金属间化合物层状复合材料（MIL）通过结合塑性Ti层与高强度TiAl层，成功实现了脆-塑变形模式的协同调控。然而，现有研究对热轧过程中织构演变及其与力学性能的关联机制尚未阐明，制约了材料性能的进一步优化。

针对这一科学问题，山东某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，系统考察了1175-1100°C轧制温度对DsTi700（Ti-6Al-3Sn-10Zr-(Mo, Nb, W, Si)）/Ti43Al9V（Ti-43Al-9V-0.3Y）层状复合材料的影响。通过EBSD（电子背散射衍射）分析织构组分，结合室温拉伸和断裂韧性测试，首次揭示了Cu1{112}<1?1?1>与Goss{110}<001>织构对强度的提升机制，并发现界面厚度和残余应力的协同调控是改善延展性的关键。

关键技术包括：采用热轧包覆法制备无缺陷界面复合材料；通过EBSD和EDS（能量色散X射线光谱）表征微观组织与织构；利用室温拉伸试验机（ASTM E8标准）和三点弯曲法（ASTM E399标准）评估力学性能；结合SEM（扫描电子显微镜）分析断裂机制。

Microstructure of the composites
研究发现，低温（1100°C）轧制显著抑制Ti43Al9V合金再结晶程度，形成细小的γ/B2双相组织；DsTi700层则呈现典型的Widmannstatten（魏氏组织）结构。界面区域厚度随温度降低从3.2μm缩减至1.8μm，有效缓解了残余应力集中。

Texture evolution
EBSD分析表明，低温轧制促进强Cu1{112}<1?1?1>织构形成，其滑移系与加载方向匹配度提高；Goss{110}<001>织构组分则通过抑制界面裂纹扩展提升强度。二者协同作用使1100°C轧制试样的抗拉强度达982MPa。

Mechanical properties
室温拉伸测试显示，1100°C轧制试样的延伸率较1175°C试样提高42%，归因于界面厚度减薄和残余应力释放。断裂韧性测试表明，裂纹在Ti/TiAl界面处发生反复偏转和桥接，使K_IC值稳定在28-32MPa·m^1/2，与轧制温度无显著相关性。

该研究证实，通过精确控制轧制温度可优化层状复合材料的织构组分与界面特性，实现强度-塑性的协同提升。1100°C轧制工艺为开发高性能轻量化高温结构材料提供了新范式，其揭示的织构-性能关联机制对多元层状材料设计具有普适指导意义。