近日，91直播 陈瑞润教授团队在新型全片层团TiAl合金的研制方面取得了重要进展。研究成果以《具有高密度位错和纳米孪晶的新型全片层团Ti46Al5NbxFe合金展现出超高强度和塑性》（A novel full lamellar colony (β₁+γ) microstructure of Ti46Al5NbxFe alloys with high-density dislocations and nanotwins exhibited ultra-high strength and plasticity properties）为题发表在《Acta Materialia》上。该成果为下一代轻质航空航天材料的开发提供了新思路。

TiAl合金，因其低密度、优异的抗氧化和抗蠕变性能，被誉为实现结构轻量化与满足高温工作需求的“潜力股”。然而，其固有的室温塑性差、热加工性能不好等问题，却长期制约着它的广泛应用。如何在不牺牲高温性能的前提下，大幅提升其室温塑性，成为材料科学家们亟待攻克的关键难题。

针对这一难题，研究团队通过添加铁，在TiAl合金中设计了一种具有高密度位错和纳米孪晶的新型类珠光体结构（β₁+γ），可以有效提高强度和塑性。随着合金中铁含量的增加，在α₂/γ相界面处形成富铁的β₁相，并逐渐取代α₂相。α₂/γ界面上的位错和界面能为β₁相提供了成核位点，而当铁含量达到2.0%时形成的过饱和结构引起的化学非平衡为β₁相的生长提供了驱动力。当铁含量为2.8%时，室温下的抗压强度和应变分别达到2925 MPa和36.8%。该合金在950°C下表现出97%的超高拉伸应变，这源于织构弱化、多种滑移系统的激活以及以动态回复和再结晶为主导的连续软化之间的有效协同作用。在合金受力变形过程中，γ/β₁界面和孪晶边界诱导的高密度SF和超细变形纳米孪晶逐渐形成，促进了3D纳米孪晶网络的形成。其固有的可重复性使其成为存储高密度位错的可持续来源。这种特殊的LPM，以及由SF和纳米孪晶介导的塑性变形和高密度位错，为TiAl合金在塑性成形领域奠定了实验和理论基础。

哈工大为该论文的唯一通讯单位，91直播 博士生周灵燕为第一作者，陈瑞润教授和方虹泽教授为通讯作者。

该研究获国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：//doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121860

图1 变形后TAN-2.8Fe合金的TEM结果：（a）γ相中高密度网状纳米孪晶；（b）β₁/γ界面处的位错；（c）T_Ds的形成导致位错细胞的增殖；（d）、（e）高密度纳米孪晶的放大图像；（f）图12（e）B区域的高密度TBs和SFs；（g）、（h）图12（d）A区交叉孪晶的HRTEM和SAED分析；（i）图12（f）中B区的位错胞。

图2 力学性能：（a）TAN-xFe合金的压缩性能；（b）TAN-xFe合金在室温和750°C温度下的拉伸性能；（c）TAN-2.8Fe合金在900°C和950°C下的拉伸性能；（d）与其他TiAl合金的拉伸性能对比图。