● 摘要
高温合金是目前制造先进航空发动机涡轮叶片、导向叶片的关键材料，提高承温能力和降低合金成本仍是该类合金的主要研究目标。在高温合金发展过程中，不断增加合金的γ′（Ni3Al）含量是提高合金承温能力的有效途径。随着Al含量的进一步提高，合金中出现NiAl相。NiAl金属间化合物具备高强度、高熔点、低密度、优异的高温抗氧化性等特点。但是，目前的合金化和制备方法仍无法全面完善NiAl的低温韧塑性和高温强度。本文在上述背景下，研究了不同Al含量在9.5%～17.5wt%范围内合金的微观组织演变，不同的固溶处理制度对合金组织的影响，确定了Al含量在9.5%～17.5wt%范围内合金的热处理制度；测量了不同Al含量合金的室温拉伸性能和高温拉伸性能并分析了拉伸断裂试样的显微组织。结果表明，在给定的Al含量在9.5%～17.5wt%范围内的高温合金体系中，合金的铸态组织由β-NiAl,γ′-Ni3Al,γ-Ni和碳化物组成。随着Al含量的提高，β-NiAl相的含量提高，γ′-Ni3Al和γ-Ni的网格状组织减少。铝含量到13.5wt%时，合金中出现大量的树枝状的β-NiAl相。铝含量到16.5wt%时，合金中出现了一定数量的α-W(Mo)相，这是由于β-NiAl相增多，而γ′-Ni3Al和γ-Ni减少，而W、Mo在β-NiAl相中的溶解度很小。力学性能测试结果表明，随着铝含量的提高，合金的室温拉伸断裂强度降低，室温塑性也同时降低，Al含量为9.5～12.5wt%时，延伸率为14.6~8.5％，Al含量为13.5～15.5wt%时，延伸率为4.5~3.0％，Al含量为16.5～17.5wt%时，合金的延伸率只有2％左右。Al含量为9.5%和10.5wt%的合金表现出很好的高温拉伸性能，800℃的拉伸断裂强度分别为1006MPa和814MPa，但随着Al含量的提高，拉伸断裂强度降低。降低了合金的塑性的β-NiAl相是造成这种现象的主要原因。本论文的研究成果为以β-NiAl和γ′-Ni3Al金属间化合物为基的高温结构材料的研究奠定了良好的基础。