在高温合金领域,γ-TiAl合金因其轻质、高比强度和优异的热稳定性,被视为新一代航空发动机叶片及关键部件的理想候选材料。其服役可靠性在很大程度上取决于高温蠕变性能,而蠕变机制又与材料的微观界面特征密切相关。γ-TiAl合金中γ片层普遍存在真孪晶界(true twin boundary, TTB)与伪孪晶界(pseudo twin boundary, PTB),二者在原子结构上存在显著差异,但其在高温蠕变过程中的作用规律尚未得到充分阐明,这已成为制约TiAl合金设计与性能优化的关键科学问题。
针对这一问题,南京航空航天大学易敏教授课题组通过分子动力学模拟,系统揭示了TTB与PTB在不同应力区间下的蠕变变形机制,构建了原子机制驱动的介观蠕变模型。结果表明,在高应力区,PTB易激活片层内的倾斜位错运动,导致合金蠕变抗力下降;而在中等应力区,TTB由于对称滑移系作用发生显著孪晶界面迁移,加速变形,而PTB则因不对称滑移系抑制位错运动,展现出更优的蠕变抗力。此外,研究团队基于TiAl合金的热激活效应,将Peierls–Nabarro应力与界面摩擦阻力引入建模框架,定量区分了TTB与PTB对蠕变性能的贡献,并揭示了片层厚度与界面能对蠕变行为的调控机制。该研究明确了不同类型孪晶界在γ-TiAl合金高温蠕变中的作用规律,并提出了基于界面能的介观尺度模型,为通过界面结构设计实现轻质高温合金蠕变性能优化提供了理论依据与新思路。
该研究以“Role of true and pseudo twin boundary in high-temperature creep of γ-TiAl alloy: Atomistic mechanism and mesoscale model”为题,发表于金属领域顶级期刊Acta Materialia(SCI一区TOP,影响因子9.3)。南京航空航天大学易敏教授为论文通讯作者,博士研究生朱熠奇为第一作者。合作者还包括张助华教授和郭万林教授。论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121418

