摘要：文章发现Ru元素显著改变了Ti48Al2Cr合金的显微组织。通过分析不同合金的相组成和凝固路径，确定了合金中析出相晶体结构和共析组织的界面特征。结果表明，含2.0 at. % Ru的TiAl合金在片层团边界处形成了由C15-Laves和τ1相组成的共析结构，它

导读

文章发现Ru元素显著改变了Ti48Al2Cr合金的显微组织。通过分析不同合金的相组成和凝固路径，确定了合金中析出相晶体结构和共析组织的界面特征。结果表明，含2.0 at. % Ru的TiAl合金在片层团边界处形成了由C15-Laves和τ1相组成的共析结构，它作为位错存储单元成功延缓了TiAl合金断裂。在850 ℃时，掺杂2.0at. %Ru的TiAl合金具有良好的强塑结合。

Al含量高达48%的γ-TiAl合金目前已广泛应用于航空发动机。然而，由于其固有的层状结构，其塑性和热加工性有所欠缺。由于片层取向的差异，片层团边界是应力集中的首选位置，减轻界面处的应力集中程度是克服TiAl合金短板的重要一环。通过添加合金元素来控制固态相变、协调组织形态，并对TiAl合金的成分设计，有望获得优异的强度和塑性组合。

在TiAl合金中掺入低固溶度的Ru元素可形成多样的微观组织，有望提高合金的塑性、强度和热加工性。研究Ru掺杂后，TiAl合金在施加应力前后含Ru相的析出行为和组成相的界面应变状态，对于优化TiAl合金的成分和提出强化增韧策略具有重要的指导意义。

基于此背景，哈尔滨工业大学陈瑞润教授团队制备了Ti48Al2CrxRu合金，发现加入2.0%的Ru后，发生新型β0→C15-Laves+τ1共析反应。研究成果以题为“Forming Ru containing eutectoid structure serves as the dislocation storage unit at the lamellar colony boundary of TiAl alloy”发表于期刊《Acta Materialia》。文章通过HRTEM、SAED和GPA进一步确定了共析结构的界面特征和晶体结构。通过测试室温压缩性能、高温拉伸性能和显微硬度来揭示其力学性能的改善机理。

文章第一作者为哈尔滨工业大学博士研究生李柯萱，通信作者为哈尔滨工业大学陈瑞润教授和方虹泽副教授。文章获得了国家自然科学基金项目（52425401、52474377）以及国家自然基金青年基金项目（52101038）资助。

当Ru含量增加到2.0%时，β0相内形成由C15-Laves和τ1相组成的共析共晶结构。这是由于Ru在β0相中进一步富集，阻碍了其他元素的扩散，促进了Ru元素贫乏的C15-Laves相析出。

Fig. 1 TEM analysis of the microstructure of the 2.0Ru alloy: (a) BF image of the lamellar colony; (b) BF image of the eutectoid structure; (c) HRTEM image of C15-Laves/β0 interface; (d) SAED parttern of C15-Laves and β0 phases; (e) HRTEM image of C15-Laves/τ1 interface; (f) SAED pattern of C15-Laves and τ1 phases; (g) HRTEM image of C15-Laves/γB interface; (h) dislocation within the γB phase; (i) GPA result of C15-Laves/β0 interface; (j) GPA result of C15-Laves/τ1 interface.

Fig. 2 The schematic diagram of microstructure evolution with different Ru contents.

与α2/γ界面相比，C15-Laves/τ1和C15-Laves/β0界面处的应变分量变化更为平缓，表明两种界面处的晶格畸变不明显，两相界面具有良好的结合度，有利于促进应力均匀分布。施加应力后，位错在共析结构与γB相的界面处被激活，随后向共析结构内侧滑移并均匀存储在共析结构中，降低了界面处的应力集中，阻碍了片层团边界处的裂纹扩展。

Fig. 3 The microstructures after tension of the 2.0Ru alloy at 850oC: (a) γ twins inside the lamellar colony; (b) crack propagation termination at the eutectoid structure; (c) high magnification image of region A; (d) dislocation distribution inside the eutectoid structure; (e) high magnification image of region B; (f) schematic diagram of crack propagation; (g) BF image of crack deflects at the C15-Laves/τ1 interface; (h) HRTEM image of the pink rectangle in Fig. 3(g); (i) IFFT of Fig. 3(h).

Fig. 4 The strengthening mechanism by the eutectoid structure with Ru addition.

随着Ru元素的含量增加到2.0%，抗压强度和应变分别从1 605 MPa和29.2%增加到2 248 MPa和39.9%，抗拉强度和伸长率分别从381 MPa 和0.75 %提高到496 MPa和1.44 %。850 ℃时，合金的抗拉强度和伸长率分别从335 MPa和3.0 %提高到407 MPa和24.9 %。含Ru-TiAl合金的室温与高温力学性能提高主要归因于片层团边界形成的共析组织对位错构型的改善、γB相和τ1相的协同增韧作用、Ru对片层间距的细化以及Ru的固溶强化。

Fig. 5 Mechanical properties of TiAl alloys with different Ru doping: (a) compressive properties at room temperature; (b) tensile properties at room temperature; (c) tensile properties at 850 ℃; incremental contribution of compressive strength induced by different strengthening mechanisms: (d) the ΔσP-τ1; (e) the ΔσP-C15-Laves; (f) the ΔσHP; (g) the ΔσSS.

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编译：彭瑾

编辑/排版：江姗

校对：刘晨辉

审核：张正贺

来源：特铸杂志