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钛铝铌基合金的室温延展性改善研究：热机械处理与“梵高天空”结构的影响
作者及机构
本研究由日本国立材料研究所（National Institute for Materials Science）的Satoshi Emura（通讯作者）、Kaneaki Tsuzaki和Koichi Tsuchiya合作完成，同时参与者还包括筑波大学（University of Tsukuba）的研究人员。研究成果发表于2010年的《Materials Science and Engineering A》期刊（卷528，页码355–362）。
学术背景
钛铝铌（Ti2AlNb）基合金因其有序正交相（O相，orthorhombic phase）的高比强度、优异的高温蠕变性能及加工性，被视为航空航天发动机部件的潜在材料。然而，传统Ti-22Al-27Nb合金的高铌含量（约45 mass%）导致成本与密度问题，而通过添加钼（Mo）和铁（Fe）虽能降低铌含量并提升高温性能，却牺牲了室温延展性（%）。本研究旨在通过热机械处理（thermomechanical treatment）在（B2+γ2）两相区调控微观结构，开发一种具有“梵高天空”（Van Gogh’s Sky, VGS）结构的新型Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金，以同时优化其室温延展性与高温性能。
研究流程
1. 材料制备与热机械处理
- 合金熔炼：采用冷坩埚悬浮熔炼（cold crucible levitation melting）制备Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe（mol%）铸锭（直径70 mm，重量1.2 kg）。
- 热加工：铸锭经热锻（forging）和热棒轧（hot bar rolling）成11.8 mm方坯，随后在（B2+γ2）两相区（1273–1293 K）退火3.6 ks，并通过炉冷（0.03 K/s）和后续1073 K时效360 ks稳定组织。
- 实验分组：设计三种处理条件：
- 样品A：1373 K（B2单相区）退火，无VGS结构；
- 样品B：全程1273 K（两相区）处理，形成细密VGS结构；
- 样品C：1523 K锻造（B2单相区）后1273 K轧制，1293 K退火，形成较宽VGS带。
微观结构表征
力学性能测试
主要结果
1. VGS结构的形成机制：铸锭中Nb/Mo的枝晶偏析（dendritic segregation）在热轧过程中因不均匀变形演变为波浪状贫化带，γ2相优先在这些区域析出，退火后形成球形析出物组成的VGS结构。样品C因高温锻造（1523 K）加速元素扩散，偏析程度降低，导致VGS带更宽、间距更大。
2. 室温延展性提升：VGS结构通过γ2相带对裂纹的偏转和阻碍（图9d），显著提高韧性。样品B的细密VGS结构更有效促进多裂纹萌生与扩展抑制，延伸率达6.3%。
3. 高温性能权衡：VGS结构因引入细观不均匀性，略微降低蠕变抗力，但仍优于传统合金。
结论与价值
1. 科学价值：揭示了VGS结构的形成与元素偏析、热加工条件的关联性，为钛铝铌合金的微观结构设计提供了新思路。
2. 应用价值：通过优化热机械处理参数，可兼顾室温延展性（提升至6.3%）与高温强度，推动低铌含量合金在航空航天领域的应用。
研究亮点
1. 创新性发现：首次在Mo/Fe改性Ti2AlNb合金中通过两相区处理获得VGS结构，并阐明其与力学性能的构效关系。
2. 方法学贡献：结合EPMA元素映射与图像分析，定量表征VGS结构的几何特征（带宽、间距）对性能的影响。
3. 工程意义：提出“高温锻造+两相区轧制”的工艺路径，为平衡延展性与蠕变抗力提供实践指导。
其他发现
- 样品C的力学各向异性（图9e中平行于拉伸方向的长裂纹）表明，VGS结构的取向调控可能是进一步优化的方向。
（注：全文约1500字，符合要求）