新型廉价轻质高温结构材料Ti-40Al-10Fe的时效强化与相变研究

高铌TiAl基合金是目前被看好的新型轻量化高温结构材料。但其高合金化元素铌作为重要的战略元素，大幅提高了合金使用成本。为寻找铌的廉价替代元素，本研究在相变晶体学理论和相图热力学的指导下，从常见的合金元素中挑选出合适的元素，向TiAl基体中引入晶体结构和晶胞参数满足理论设计要求的、生长取向靠近滑移面法线的沉淀相，最大程度地阻碍基体位错的滑移，从而提高TiAl基合金的高温强度。在此基础上设计的成份优化的合金Ti-(35-40)Al-(5-10)Fe(at.%)，以廉价合金元素Fe代替高铌TiAl基合金中的铌元素，使得新合金质量更轻、成本更低，并且具有Fe的高合金化特点。该项目既是对相变晶体学理论的检验与支撑，也是对面向应用开发廉价高温合金的实践与尝试，并为进一步推广与开发TiAl基合金提供理论指导与合金化设计数据。

以Ti-48Al-10Nb(at.%)为代表的高铌TiAl基合金是目前被看好的新型轻量化高温结构材料。但其高合金化元素铌(约占一成重量)作为重要的战略元素，大幅提高了合金使用成本。为寻找铌的廉价替代元素，本研究在相变晶体学和相图热力学理论的指导下，从常见的合金元素中挑选出合适的元素，向TiAl基体中引入晶体结构和晶胞参数满足理论设计要求的、生长取向靠近滑移面法线的沉淀相，最大程度地阻碍基体位错的滑移，从而提高TiAl基合金的高温强度。在此基础上设计的成份优化的合金Ti-(35-40)Al-(5-10)Fe(at.%)，以廉价合金元素Fe代替高铌TiAl基合金中的Nb元素，使得新合金质量更轻、成本更低，并且具有Fe的高合金化特点。成功熔炼出的该合金经过适当热处理、力学性能测试和显微组织的精细结构分析，证实该合金退火态具有双相组织特征(tau2-TiAl2Fe和gamma-TiAl)，高温时效后，从tau2-TiAl2Fe相析出横断面分别为圆形(少数)和多边形(多数)等两种形态的gamma-TiAl析出相。其中，多边形横截面的板条状析出相，生长方向为基体的<973>方向，与其滑移面法线<111>相差不到22 degrees，远小于Ti-48Al-10Nb合金中gamma1-Ti4Nb3Al9析出相的生长方向<001]与母相gamma-TiAl滑移面法线<111>的夹角(54.78 degrees)。从而实现了调整析出相生长方向的初衷。相关力学性能试验仍在继续，将于数据出来后进一步评估新型合金相对于Ti-48Al-10Nb合金的优劣所在。该项目既是对相变晶体学理论的检验与支撑，也是面向应用开发廉价高温合金的实践与尝试，并为进一步推广与开发TiAl基合金提供理论指导与合金化设计数据。