1、TiAl基合金作為綜合性能優(yōu)異的新型結構材料可滿足航空航天超音速飛行器及汽車發(fā)動機對結構減重和高溫強度的雙重要求。然而TiAl基合金室溫塑性低，成形能力差，傳統(tǒng)熱軋制方法制備TiAl基板材相當困難。本文通過設計層狀結構和引入TiB晶須增強相提高TiAl板材綜合力學性能。本文將純Ti箔和原位自生的TiBw/Ti復合材料箔分別與純 Al箔交替堆疊，通過真空熱壓制備出 Ti-Al疊層和(TiBw/Ti)-Al疊層，并通過反應熱處理合成出具有層

2、狀結構的TiAl板材和TiBw-TiAl復合材料板材。分析了疊層在熱處理過程中的相組成及相轉變規(guī)律，研究了層狀結構形成機理，對層狀結構TiAl板材和TiBw-TiAl復合材料板材進行力學性能測試，揭示了強韌化機制與斷裂機理。
　　將真空熱壓獲得的界面結合良好的Ti-Al疊層進行660℃的低溫反應退火，Ti原子和Al原子不斷進行互擴散，生成TiAl3相，并且TiAl3相的生長遵循直線生長動力學模式。低溫反應退火2h后，材料中的Al完

3、全消耗，獲得Ti-TiAl3疊層。
　　由于低溫反應退火時Ti與Al反應擴散速率不同，組織中存在Kirkendall孔洞，生成相 TiAl3為疏松多孔結構。將疊層繼續(xù)進行1200℃/35MPa/2h高溫反應退火，材料中孔洞得到彌合，且Ti和Al繼續(xù)擴散，反應生成TiAl和Ti3Al，由于材料成分不均勻，存在貧 Al區(qū)和富 Al區(qū)。隨著熱處理的進行，貧 Al區(qū)轉變?yōu)槿珜悠?α2-Ti3Al/γ-TiAl)層，富Al區(qū)形成等軸γ-Ti

4、Al層，最終制備出具有雙晶結構的層狀TiAl板材。
　　由于(TiBw/Ti)-Al疊層和純Ti-Al疊層的擴散組元一致，且厚度基本沒變，因此對(TiBw/Ti)-Al疊層亦采用同種熱處理工藝，制備了具有層狀結構的TiBw-TiAl復合材料板材，組織由 TiAl層和TiBw-rich層交替組成，其中 TiAl層為全層片(α2-Ti3Al/γ-TiAl)層和等軸γ-TiAl層交替排列，TiBw-rich層為高體積分數(shù)的TiB晶須聚集

5、層。
　　室溫拉伸結果表明，層狀結構TiAl板材抗拉強度、室溫延伸率較高，層狀雙晶結構可相互細化組織。層狀TiBw-TiAl復合材料板材由于增強相TiBw的存在，提高了強度。分析拉伸斷口，全層片(α2-Ti3Al/γ-TiAl)層斷裂主要為穿片層斷裂和沿片層斷裂，等軸γ-TiAl層主要為穿晶斷裂和沿晶斷裂。
　　斷裂韌性結果表明，層狀結構TiAl板材平行于熱壓方向的斷裂韌性比垂直于熱壓方向的高，且TiB晶須的引入提高了韌性。