题目：Nb-Si-Ti-Al-Cr-Hf合金显微组织与力学性能研究

Nb-Si基原位复合材料具有高的熔点(>1750°C)、适中的密度(6.6-7.2 g/cm2)、优异的高温强度、一定的室温韧性和较好的组织稳定性等特点，是极具潜力的新一代超高温结构材料，是未来航空航天领域发动机热端部件的理想候选材料之一。本文以Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf为基体成分，分别加入了2at%和17at%的Cr，研究了Cr含量对合金相组成、显微组织形貌、断裂韧性和高温强度的影响，分析了合金中各相的位向关系以及析出相；研究了Nb-16Si-22Ti-2Al-2Cr-6Hf合金定向凝固+热处理后组织的位向关系以及组织形貌，探讨了热加工工艺对显微组织的影响；研究了Nb-16Si-22Ti-2Hf-(0,1,2,3)Fe合金相组成、组织形貌、合金室温性能和高温性能与Fe含量的关系。结果表明：(1) 2Cr合金由NbSS和β-Nb5Si3两相组成，而17Cr合金由NbSS、β-Nb5Si3和C15-Cr2Nb三相组成，热处理后β-Nb5Si3中有纳米尺寸的球形C15-Cr2Nb析出相，其它相中没有析出，同时C15-Cr2Nb相有孪晶。2Cr合金的中NbSS/β-Nb5Si3之间,17Cr合金的中NbSS/β-Nb5Si3之间和β-Nb5Si3/C15-Cr2Nb之间有多种位向关系。(2) Cr含量提高降低了合金的断裂韧性KQ，而合金强度随含Cr量的变化关系与温度有关。室温和1150℃时，17Cr合金的硬度或强度高于2Cr合金的，而1250℃和1350℃时相反。室温下NbSS断面呈现河流花样，是准解理断裂模式；β-Nb5Si3和C15-Cr2Nb相的断裂表面平整光滑，为脆性断裂。裂纹以沿晶和穿晶混合方式扩展。脆性相β-Nb5Si3和C15-Cr2Nb中产生微裂纹和坍塌是高温损伤失效的主要方式。(3) 定向凝固热处理2Hf-15、6Hf-5和6Hf-15(5和15为定向生长速率)的合金均由NbSS和Nb5Si3两相组成，两相之间也有不同的位向关系。室温断裂时裂纹有沿晶和穿晶扩展方式。NbSS相为准解理断裂，而Nb5Si3相为典型的脆性断裂，同时合金中的NbSS相的边缘处存在韧窝。定向凝固热处理6Hf-5和6Hf-15合金的韧性明显高于2Hf-15合金。(4) 铸态和热处理态Nb-16Si-22Til-2Hf-(0,1,2,3)Fe合金由三相组成，分别为固溶体相、硅化物相Nb5Si3和富含铁的硅化物相。当Fe的含量为2at%时，合金的强韧性最优。