题目：Nb-Si-Hf-Ti-B-(Cr)合金组织与力学性能研究

　　Nb-Si超高温合金具有熔点高、高温强度好、一定的室温韧性和较好的组织稳定性等特点，是航空发动机叶片重要的候选材料之一，极具替代现有镍基合金作为未来发动机超高温部件材料的潜力。　　为了寻求Nb-Si基超高温合金室温塑韧性和高温强度之间的平衡，本文中设计了以Nb基固溶体相NbSS占主导的Nb-(4,8)Si-6Hf-(10,20,30)Ti-2B-(4Zr)-(6,10,14)Cr合金。从显微组织、断裂韧性、室温及高温强度和氧化行为几个方面进行了系统的研究，并探讨了Si、Ti、Cr等元素对于合金性能的影响规律。结果表明：(1)Nb-(4,8)Si-6Hf-2B-xTi (x=10,20,30)合金组织中主要由三相组成：Nbss、Nb3Si、Nb5Si3；铸态下，硅化物组织随着Ti含量的增加，逐渐由不连续分布趋于连续的网状分布；硅化物数量随Si含量的增加而增加；热处理后，硅化物呈小岛状分布NbSS基体中；在添加不同含量的Cr之后，组织中出现了Cr2Nb相。(2)Ti在各相中分布较为均匀；Hf在硅化物中分布较多；Cr则在NbSS相中分布较多，Cr从6at.%增加到14at.%时，对合金的组织的影响并不明显。(3)热处理后，合金的硬度整体下降；无论是铸态，还是在热处理后，合金的硬度均随Ti、Cr含量的增加而增大；8Si合金的硬度普遍高于4Si合金的硬度。(4)Ti的添加有利于断裂韧性提高，热处理后Nb-(4,8)Si-6Hf-2B-xTi系列合金的室温断裂韧性均大于18MPa•m1/2，其中30at.%Ti合金的断裂韧性最高可达38MPa•m1/2左右。热处理后Nb-(4,8)Si-6Hf-2B-20Ti-xCr (x = 6,10,14)合金的断裂韧性随着Cr含量的增加而减小，其中4Si-6Cr和8Si-6Cr合金断裂韧性最大；从断口形貌分析得知不同成分合金的断裂方式是一致的，Nbss相为准解理断裂，而硅化物则属于脆性断裂。(5)热处理后Nb-(4,8)Si-8Hf-2B-xTi系列合金的室温σ0.2和σmax随着Si和Ti含量的增加表现出增大的趋势；8Si-xTi合金的最大塑性变形εmax为5-10%左右，4Si-xTi的合金最大塑性变形εmax为20%左右；Zr严重影响着高Ti含量合金的力学性能。对于Nb-(4,8)Si-6Hf-2B-20Ti-xCr合金，随着Cr含量的增加，合金的σ0.2和σmax逐渐增大；4at.%Si合金的最大塑性变形εmax处于6-9%之间，而8at.%Si合金量的最大塑性变形εmax接近3%；含Cr合金在压缩过程中，当应力达到最大值之后，表现出较强的脆性变形特征。(6)Nb-(4,8)Si-6Hf-2B-20Ti-xCr合金在高温状态时，随着温度升高，合金σ0.2和σmax强度值显著下降。相同温度下，高温强度随Si含量增加而增大。1150℃时，合金强度随着Cr含量增加呈现出增大的趋势；在1250℃和1350℃时，合金强度随Cr增加而下降，Cr影响着高温状态下的力学性能。1250℃下氧化试验表明，Nb-(4,8)Si-20Ti-6Hf-2B-xCr的氧化增重为200-300mg/cm2，抗氧化能力较差。