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　　贾丽娜(西北工业大学)

　　摘   要　　利用真空自耗电弧熔炼法制备了三种成分的Nb硅化物基超高温合金。利用超高温高真空热处理炉对l#Nb硅化物基超高温合金进行了热处理，热处理工艺为分别在1300、1350、1400、1450、1500和1550℃保温24小时及在1450℃分别保温12、24、50和100小时。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和透射电镜等仪器分析了电弧熔炼态Nb硅化物基超高温合金的组织特点、组成相及其成分以及热处理后的组织变化规律。
　　三种成分母合金锭的组织都比较均匀细小，其中2#3#母合金锭的初生相以铌基固溶体为主，而1#母合金锭的初生相主要为大块的硅化物，在三种母合金锭中都含有大量的共晶组织。Nb硅化物基超高温合金的组织均由铌基固溶体和MsSi3型硅化物组成，其中l#母合金锭中的硅化物为六方晶系的Nbm)5Si3，而2#母合金锭中的硅化物为四方结构的β(Nb，Ti)5Si3。在l#母合金(Nb，Ti)5Si3和Nb，Ti)ss相中Nb的含量大于n的含量;而在2#和3#母合金锭的硅化物和铌基固溶体中弧含量均高于Nb含量。l#和2撑母合金锭的铌基固溶体中Nb和啊的含量之和比较相近，约为86～87at%，而硅化物中Nb和的含量之和约为56at%。
　　经不同温度或不同时间热处理后，初生的大块和板条状硅化物的边界趋于圆润，有逐渐破碎成细小硅化物颗粒的趋势;共晶团中的O妯，Ti)5Si3片也逐步球化、细化;热处理温度越高或处理时间越长，大块和板条状硅化物的边界越圆润。随着热处理温度的增加或时间的延长，残留的初生大块硅化物逐渐减少，在550℃/24h或1450℃/100h热处理后，残留的共晶组织己很少。经不同温度或不同时间热处理后，合金中没有新相出现，仍然由(Nb，Ti)ss和六方结构的O妯，Ti)5Si组成;与电弧熔炼态的相比，二者的晶格常数均减小。合金化元素Al和Cr在铌基固溶体和硅化物中的分配比随着热处理温度的增高或时间的延长而降信i而Hf在两者中的分配比有增加的趋势。经过不同温度或不同时间热处理后，颗粒状硅化物中的n含量增加了约3at%，而Nb含量减少：但大块硅化物中n含量基本没有变化。从热处理后的组织变化规律来看，1450℃/24h是Nb硅化物基超高温合金比较合理的热处理制度。
　　关键词　　Nb基超高温合金 热处理 组织形貌 组成相 成分分析

　　{dy}章　绪论　　1.1   引言
　　根据合金的基体构成，高温合金可以分为镍基、钴基和铁基三种类型，从五十年代起，镍基高温合金就成为了高温合金发展的重点。镍基高温合金是迄今为止性能最为优越、用途最为广泛的高温合金。随着镍基高温合金的发展，先进航空涡轮发动机叶片的工作温度不断提高。大多数镍基高温合金的熔点约为1400℃，几乎不可能在1300℃以上的温度工作，因此迫切需要发展一种可以在更高温度下工作的高温结构材料。新型Nb硅化物基超高温合金由于其优良的力学性能，较低的密度(约为7g/cm3)和较高的熔点因而显示出了诱人的应用前景。Nb硅化物基超高温合金依靠固溶体相在室温增韧，金属间化合物在高温增强，因此表现出良好的力学性能均衡。

图1 Nb-Si二元相图

　　图1是Nb-Si二元相图，从图中可以看到Nb-Si二元合金中可能含有铌基固溶体和Nb3Si或Nb5Si3等硅化物相。而硅化物相的室温断裂韧性很低，大约只有3MPa m忍嘲。此外，由于纯金属Nb在600"C就发生‘'Pesting'’氧化现象H101，所以Nb硅化物基超高温合金的高温抗氧化性能比较差。为了平衡其高低温力学性能，并提高Nb硅化物基超高温合金的高温抗氧化性能，可在NbSi二元合金中加入多种舍金化元素形成多元合金。加入合金化元素后，可不同程度地提高Nb硅化物基超高温合金的高温强度和室温断裂韧性。并可以改 善其高温抗氧化性能。
　　Nb-Si系合金的硅化物相可能为Nb3Si或Nb5Si3，其中Nb3Si是亚稳相，在长期高温服役的条件下容易发生共析反应Jill，因此不稳定;Nb5Si3有两种晶体结构，分别为四方结构和六方结构。四方结构的Nb5Si3又分为低温稳定相aNb5Si3和高温稳定相附β b5Si3。β Nb5Si3高温稳定相可在一定温度下发生成低温稳定相aNb5Si3。Nb3Si可在长时间退火过程中发生共析反应生成稳定的Nbss和Nb5Si3。因此，为了使Nb硅化物基超高温合金(Nb-Si系合金)具有稳定的组成相，对其进行热处理是十分必要的。只有在合适的热处理工艺下，Nb3Si才能通过发生共析发应转变成稳定的aNb5Si3和Nbss而β Nb5Si3也发生固态相变，转变成稳定的低温稳定相aNb5Si3。此外，热处理后Nb硅化物基超高温合金的组织比较细小均匀，各组成相的形貌有可能发生很大的变化，Laves相也有可能在热处理后消失。目前，国内外对添加多种合金化元素后的Nb硅化物基超高温合金的组织特征的研究比较少，而对热处理后Nb硅化物基超高温合金组织变化规律及其机理的研究则更少，因此研究Nb硅化物基超高温合金的组织特征和热处理对其的影响具有重要意义。

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