1。2  TiAl合金的组织与性能

想要熟悉并将材料性能用于实际应用中，我们必需弄清楚其结构，因为材料的性能在一定程度上取决于材料的结构。TiAl基合金是一种双相中间合金，其又称为γ-TiAl合金[9]。γ-TiAl合金的微观相组成为单相γ和双相（α2+γ）。目前，Al含量在在44-48(at。%)范围的TiAl合金是研究的重点[10-11]。

1。2。1  TiAl合金二元相图

图1。1  TiAl合金二元相图

由上面的TiAl合金相图可以得到，TiAl合金的熔化温度及其凝固过程析出相等基本信息，同时也可以判断，TiAl合金凝固过程会发生固体相变和包晶转变。并且，通过相图，我们也可以大概预测材料的某种性能，因为材料性能与相图存在一定的对应关系。也就是说，相图是研究TiAl合金不可或缺的重要工具。TiAl合金相图具有许多单相区，研究起来较复杂。其研究起始于五十年代，在1949年第一次发表[12-15]。随着对TiAl合金研发进程的推进，其相图也逐渐趋于完善。如图1。1，分别为早期TiAl相图与目前普遍接受的TiAl二元相图。可以发现，二者具有明显的区别。在Tl-Al二元合金中，并不存在β+γ两相区和L+β→γ包晶反应，而α单相和α+γ两相区一直沿伸至包晶温度，存在两个新的包晶反应即L+β→α和L+α→γ。

由第二张相图可知，目前可以接受的结论是，成分为44%-60%Al的TiAl合金，从液相凝固至固相有三种完全不同的方式，它们分别是β相凝固、α相凝固和γ相凝固，得到的最终室温组织也完全不一样。学者们对TiAl合金的不断研究，使得相图日趋完善精准，从而可以正确反映合金的形成条件以及相组成，对TiAl合金今后的研究与分析带来了方便，奠定了基础。

1。2。2  TiAl基合金显微组织与力学性能

TiAl基合金因具有优良的高温性能和较低的密度而成为世界上目前研究得最为热门的高温结构材料之一，其工作温度可达到700-1000℃。γ-TiAl合金性能与显微组织密切相关。根据Al含量的高低，TiAl合金可分为γ单相合金 (≥49 at。% Al)和α2+γ双相合金 ( < 49 at。%Al) 。单相合金力学性能较差，工程意义不大，而双相合金应用较广泛 [16]。

材料的结构一定程度限制了它的性能，一定的结构，势必对应一定的性能。分析TiAl基合金四种微观组织：全片层组织晶粒大小一般在600～1000μm左右，相对较大，其具有较高的断裂韧性和抗蠕变性能，但是它的强度与塑性却很低；近片层组织有着较高的强度以及较差的塑性，一定程度归咎于其片层团较大；双态组织有着更加细小的晶粒，因此对应的，其具有良好的塑性，但是它的抗蠕变性能却非常差；等轴近γ组织相对其他三种组织，各方面的性能都比较差。TiAl合金通常应用在高温环境，是一种高温合金。而全片层组织在高温条件下拥有比其他三种组织更加优良的综合性能，并且全片层组织具有单一的取向，所以全片层组织是目前研究的重要方向。论文网

全片层组织能够产生较大的裂纹尖端应变，这是其具有特别高的断裂韧性的原因，也正是因为这样，其具有较大的抗裂纹扩展的能力[17-21]。并且，如果片层两侧晶体位相不同或者晶体结构不同，会导致滑移带滑移以及解理裂纹跨越界面受阻。这就是我们为什么要设计α2及γ交错形成片层结构的原因[22-28]。

γ-TiAl合金微观片层组织的力学性能具有非常大的取向性，在过去的十几年里，为了了解片层组织与力学性能的对应关系，人们深入的研究了全片层PST晶体，并取得了一定的进展。对γ/α2层片显微结构的基本性能，如宏观流动性、变形、断裂韧性、显微特性有了广泛的了解[29-34]。通过研究，承载方向与片层取向的角度φ和ψ决定了PST晶体塑性和强度表现的各向异性。其中，角度φ起着决定性的作用，而角度ψ的影响则相对较小。图1。2为PST晶体方位与载荷相对方向。图1。3位PST结构屈服强度及塑性随片层与应力轴夹角的变化。由图可知，当Φ=90°时，PST晶体的塑性最低，而此时，其却表现出了最高的抗拉强度。Φ=0°时，PST晶体既有较高的抗拉强度，同时也具有不错的塑性，达到了性能的最优化。此时，虽然抗拉强度没有Φ=90°对应的那么大，但是室温下的拉伸塑性可达5～10%。当Φ=(30～60)°时，相对于Φ=90°和Φ=0°时，具有更高的塑性与更低的屈服强度，而且这种趋势在1000℃时都很明显[35]。综上可得，当片层界面取向与外加载荷方向一致时，能够得到强度和塑性的最优化，即优良的总体性能。当片层界面取向与外加应力方向垂直或者平行时，片层界面与γ相沿{111}面的剪切形变相交截，从而使得剪切应变不得不经过α2片层、晶界和γ/α2界面，造成大的变形阻力，这就是PST晶体力学性能的各向异性形成的原因[36-40]。