《Materials Science and Engineering: B》：Interface behavior and nano-cutting properties of γ/α2 fully layered TiAl polycrystalline alloy
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•FL-γ/α2-TiAl-PC界面主导着材料的变形机制。•切削参数对提升加工质量起着关键作用。•应力与应变沿晶界/位错壁传播，限制了晶粒内的定向扩展。•切削深度和温度会增强材料的变形强度，而切削速度则会抑制位错的活动。引言随着航空航天领域对轻质且具有高温性能的部件需求不断增长，
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FL-γ/α2-TiAl-PC界面主导着材料的变形机制。
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切削参数对提升加工质量起着关键作用。
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应力与应变沿晶界/位错壁传播，限制了晶粒内的定向扩展。
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切削深度和温度会增强材料的变形强度，而切削速度则会抑制位错的活动。
引言
随着航空航天领域对轻质且具有高温性能的部件需求不断增长，TiAl合金逐渐成为替代传统镍基超合金的关键材料之一[1]、[2]、[3]、[4]。γ-TiAl合金能够在保持高强度的同时显著减轻部件重量，而α2-Ti3Al在室温下具有较好的延展性，这有助于提升发动机效率并降低燃料消耗[5]、[6]。由γ-TiAl和α2-Ti3Al两相构成的FL-γ/α2-TiAl-PC是一种轻质的高温结构材料。由于其出色的高温强度、轻质特性以及抗高温氧化能力，它被视为航空发动机叶片和燃气轮机等结构部件的理想候选材料[7]、[8]、[9]。然而，这类材料的高硬度与低塑性也给加工带来了困难，尤其是在切削过程中，容易出现刀具磨损、切屑不连续以及表面损伤等问题，从而严重影响零件的质量和使用寿命[10]、[11]、[12]。因此，系统研究不同切削参数（如切削深度、切削速度和切削温度）对FL-γ/α2-TiAl-PC切削行为的影响，对于提升加工质量及产品的可靠性具有重要意义。
TiAl合金的力学性能与其微观结构特征密切相关；不同的组织形态会显著影响材料的强度、塑性和高温使用性能。近年来，针对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的组织控制与力学性能之间关系的实验研究表明，晶粒尺寸、相组成、层状结构以及界面特征等微观结构因素会对材料的变形行为产生重要影响[13]。其中，完全层状组织——包括γ相、α2相及其界面结构——可通过协调塑性变形、阻碍位错运动以及抑制晶界滑动，从而提升材料的强度和高温稳定性[14]。此外，通过细化组织、优化层片尺寸以及引入弥散强化相等措施，也有助于提升TiAl合金的整体力学性能[15]。
上述研究通过实验揭示了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的微观结构与宏观力学性能之间的内在关系，为理解该材料在复杂使用条件下的变形行为提供了重要依据。但在实际加工过程中，材料往往要承受高应变速率、高温以及复杂的应力耦合环境，这使得利用传统实验方法难以直接观察其内部结构演变及界面附近的局部变形行为。因此，仅依靠实验研究尚不足以完全阐明TiAl合金在加工过程中的微观变形与损伤机制[16]、[17]。
计算机模拟越来越成为研究材料微观变形机制的重要工具。分子动力学方法已被广泛用于研究金属材料的纳米级切削过程，以揭示原子尺度的塑性变形、位错演化以及相变行为[18]、[19]、[20]。现有研究主要聚焦于晶粒取向效应、切削参数的影响以及单晶γ-TiAl的温度响应，这些研究揭示了位错滑移、缺陷形成以及非晶化在材料去除过程中的重要作用[21]、[22]。随后针对多晶γ-TiAl的纳米级切削研究进一步表明，晶界结构会显著影响材料的塑性流动模式、亚表面损伤以及刀具磨损行为[23]。不过，目前仍缺乏针对γ-TiAl/α2-Ti3Al双相微观结构——尤其是γ/α2晶界——在切削过程中的变形协调机制、界面滑移行为及其对加工性能影响的系统研究。最近，刘等人[24]建立了γ-TiAl/α2-Ti3Al双相体系的切削模型，揭示了γ相中的八面体滑移、α2相中的基面滑移以及界面滑移之间的协同作用对切削响应和刀具磨损的影响。研究结果表明，晶界是决定TiAl合金可加工性的关键微观结构单元。
尽管以往的研究已通过实验和数值模拟深入探讨了TiAl合金的切削行为，但现有工作大多集中在单相γ-TiAl合金或简单的界面结构上，而对在工程应用中广泛使用的FL-γ/α2-TiAl-PC关注较少。由于这种组织同时包含晶界和位错壁，不同的界面会对位错传输、应力应变分布以及材料去除行为产生显著影响，而目前尚未完全阐明以界面为主的变形机制。同时，现有研究通常只分析单一切削条件下的变形行为，针对不同切削深度、切削速度和切削温度下界面行为的演化规律及其对切削性能影响的系统研究仍然不足。因此，本研究采用分子动力学模拟方法，研究了FL-γ/α2-TiAl-PC在纳米级切削过程中的界面行为及材料去除机制。研究重点分析了切削参数对塑性变形、应力传递以及切削特性的影响，阐明了切削过程中晶界和位错壁的作用，从而为高效精准地加工TiAl合金提供了理论依据。
章节摘要
模拟细节
材料的力学性能受其内部微观结构的影响。在TiAl合金中，FL组织是一种常见的结构形态，其特征为晶粒内由γ相和α2相组成的层状结构交替排列。这种层状分布提升了材料在高温条件下的结构稳定性[25]。如图1所示，FL-γ/α2-TiAl-PC由多个晶粒组成，每个晶粒都包含两种不同的相
切削深度的影响
切削深度是影响材料去除行为的关键因素之一。为了探究不同切削深度对FL-γ/α2-TiAl-PC工件变形行为的影响，本研究选择了10 ?、20 ?、30 ?和40 ?四种不同的切削深度，并在切削速度为4 ?/ps、温度为300 K的条件下进行了分析。需要指出的是，在纳米级切削的分子动力学模拟中，较高的切削速度是一种常用方法，因为它能够
结论
本研究通过分子动力学模拟，研究了FL-γ/α
2-TiAl-PC的塑性变形行为及切削性能。系统分析了切削参数（包括切削深度、切削速度和切削温度）对FL-γ/α
2-TiAl-PC切削特性的影响，同时揭示了晶界和位错壁在塑性变形及材料去除过程中的作用机制。本研究得出的主要结论如下：
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在FL-γ/α2-TiAl-PC的纳米级切削过程中，
作者贡献说明
郑敏：原文撰写、资金申请。戴晓斌：文章审阅与编辑、结果可视化。曲定峰：文章审阅与编辑、结果验证。宋博：正式分析、概念构建。陈卫华：实验研究、数据整理。闫恒波：软件应用、方法设计。朱宗晓：资源保障、项目管理。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究成果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：52565019、52265025）、甘肃省自然科学基金（编号：25JRRA132、26JRRA522）以及甘肃省教育厅研究生“创新之星”项目（编号：2026CXZX-561）的支持。
郑敏|戴晓斌|曲定峰|宋博|陈卫华|闫恒波|朱宗晓
