热调制定向退火对TiAl合金α相重构及γL在900°C下变形机制的影响研究

本研究针对γ-TiAl合金在高温应用中的性能优化需求，通过定向退火技术探究不同热区温度对α柱状晶生长及900°C拉伸性能的影响。研究发现非等温连续加热（1350°C→1410°C）条件下α柱状晶纵横比与热区温度呈正相关，横向晶界减少显著提升合金高温延展性。团队结合SEM、EBSD和TEM技术，揭示了γL相以DDRX和CDRX为主的软化机制，以及1/2[110]普通位错交叉滑移对DRX晶粒内孪晶行为的促进作用，为TiAl合金高温变形机制提供理论支撑。

　　

在航空发动机高温部件领域，γ-TiAl合金因其高比强度和优异抗氧化性被视为镍基超合金的潜在替代材料。然而，其650-800°C工作窗口外的性能骤降、熔体高反应性导致的加工难题，以及高温下变形机制不明确等问题，严重制约了工程应用。受镍基单晶叶片成功启示，开发TiAl合金柱状晶/单晶制备技术成为突破方向，但现有定向退火研究多聚焦固定参数下的α单相区处理，对(α+γ)双相区柱状晶生长机制及900°C变形行为的认知仍存空白。

哈尔滨工业大学团队在《Journal of Materials Science》发表研究，采用真空电弧熔炼结合热等静压制备Ti-48Al-2Cr-2Nb合金，通过变温定向退火（热区温度梯度：1350-1410°C）结合SEM、EBSD和TEM分析，系统探究了微观结构演变与高温变形机制。研究创新性地引入非等温连续加热模式，并首次阐明γ_L相在900°C下的动态再结晶行为与位错运动规律。

材料制备
研究选用Ti-48Al-2Cr-2Nb合金，经三次真空电弧重熔和热等静压处理，加工成直径8.5mm的定向退火试样。

微观结构演变
发现α柱状晶纵横比随热区温度升高而增加，1350°C→1410°C梯度加热可有效抑制横向晶界形成。近层状结构中微米级γ_M相的存在会损害高温延展性。

γ_L相位错与孪晶行为
TEM分析揭示900°C下γ_L相主要通过1/2[110]普通位错滑移变形，其交叉滑移促进不连续动态再结晶（DDRX）。DRX晶粒内观察到符合<110>/70°界面关系的孪晶增殖现象。

结论与意义
该研究明确了变温定向退火对TiAl合金α相重构的调控规律：非等温连续加热可优化α柱状晶取向，减少有害晶界；首次证实γ_L相在900°C下通过DDRX和CDRX实现软化，其中1/2[110]位错活动主导的晶界迁移是各向异性的关键因素。这些发现为开发高性能TiAl合金单晶叶片提供了理论依据和工艺指导，将工作温度上限拓展至900°C，填补了(α+γ)双相区柱状晶生长机制的认知空白。国家自然科学基金资助项目（52074229）的成果标志着我国在高温结构材料领域取得重要突破。