● 摘要
共晶相界面的改善有利于共晶合金力学性能的提高。这要求对材料的相组成、组织形貌以及晶体学取向关系等相界面特征有深入研究。文中采用不同的凝固速率 (3，5，10，18mm/h)定向凝固制备出Nb-17Si-10Mo-3Al合金，利用X射线衍射仪(XRD)，电子探针(EPMA)和背散射电子衍射(EBSD)等实验技术分析不同凝固速率条件下合金的相组成及显微组织，测定Nbss与Nb5Si3间的晶体学取向关系，研究工艺条件对两相界面的影响，以此为基础实现对相界面的改善。由显微硬度实验和原位拉伸实验形成裂纹并观察共晶组织内微观裂纹扩展情况，探讨不同条件下相界面结合强度。为保证材料能在高温条件下使用，对合金进行1200℃/20h的退火处理，重复上述实验分析，验证合金的高温稳定性。退火前的合金由Nb与β-Nb5Si3两相组成，其组织形貌受凝固速率的影响。在凝固速率为3mm/h与5mm/h时的合金中存在大量的规则片层共晶组织，相界面较平直。凝固速率的增加促使共晶组织形貌扭曲，难以形成规则共晶片层。合金中的元素Si用于形成Nb5Si3，在Nb中含量极少，Al在两相中均匀分布，而Mo集中在Nb相中。凝固速率及组织形貌对共晶两相的晶体学取向关系没有显著影响。在定向凝固的Nb-17Si-10Mo-3Al合金中，共晶两相间的晶体学取向关系为{110}Nb//{111}βNb5Si3，{111}Nb//{011}βNb5Si3，{112}Nb//{100}βNb5Si3。合金中存在弱界面结合方式，裂纹通过时会沿着Nb与Nb5Si3的相界面扩展，然而这种裂纹走向只出现在部分共晶组织内，并不是广泛存在。裂纹扩展的差异主要体现在不同的组织形貌中。1200℃/20h退火处理促使β-Nb5Si3转变为α-Nb5Si3，共晶两相的晶体学取向关系变为{011}Nb//{110}αNb5Si3和{112}Nb//{011}αNb5Si3。热处理前后相界面处的原子匹配关系发生改变，通过工艺设计改变共晶相界面结构是可行的。退火后合金的组织形貌以及各元素的分布没有发生显著变化，合金具有较好的高温稳定性。退火处理后的合金在动态载荷作用下呈解理断裂。
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