● 摘要
铌硅超高温合金具有熔点高(>1750°C)、密度低(6.6-7.2g/cm3)、高温力学性能优异等优势，被认为是最有希望取代镍基高温合金的材料，有望应用于下一代高性能航空发动机涡轮叶片等热端部件。目前关于铌硅超高温合金的室温塑韧性、高温抗氧化性能等研究较多，单项性能指标取得了显著的进展，然而其综合性能距离应用要求尚有较大的差距。材料的性能与组织密切相关，在铌硅超高温合金中，组成相Nbss和Nb5Si3的形态、大小和分布等对性能有重要影响，因而优化Nb-Si基多元合金组织对于获得性能优异的材料具有重要意义。
基于本课题组之前合金化的研究成果，以及Nbss和Nb5Si3两相在决定合金性能上所起的不同作用，本文选择了两种成分的合金：近共晶成分A合金和过共晶成分B合金。首先对非自耗真空电弧熔炼近共晶合金A和过共晶合金B进行热处理，探究最优的热处理工艺。采用的热处理工艺分别为：1450°C /12h，1500°C /12h，1600°C /5h，1650°C /5h。经过不同温度、时间的热处理制度后，合金A与合金B内组织都发生了一定的变化，成分偏析程度减小，相界面变得圆润。对比不同热处理制度下合金的组织变化以及硅化物所含元素的含量之比后，选择最优的热处理工艺为1500°C /12h。
A，定向凝固组织组中未出现初生Nb5Si3相，主要为Nbss+Nb5Si3两相共晶组织。随着抽拉速率增加，共晶组织尺寸减小。经过热处理之后，成分偏析消除，组织均匀。对于过共晶成分合金B，定向凝固组织组成为大块的初生Nb5Si3相和Nbss+Nb5Si3两相共晶组织。在低抽拉速率时，初生Nb5Si3相形貌为不连续长条状，经过热处理之后，初生Nb5Si3相形貌变为由颗粒组成的长条状；随着抽拉速率增大，初生Nb5Si3相逐渐变为大块板条状，并且随着抽拉速率增加，冷却速度增大，板条状Nb5Si3相体积减小,经过热处理之后，初生Nb5Si3相形貌并未改变，仍为大块板条状。经过1500°C /12h热处理后，组织中的大块板条状Nb5Si3相仍然存在。
本文采用激光选区熔化快速凝固制备过共晶合金B，探讨了利用快速凝固途径消除过共晶合金中的初生大块硅化物的可行性，分析了过共晶成分合金B的快速凝固组织，结果表明，激光选区熔化快速凝固合金组织明显细化，硅化物尺寸达到微米级甚至纳米级。