论文摘要：Nb-15W-5Si-2B-xHf超高温合金力学和抗氧化性能研究

航空航天技术的发展，在相当大的程度上取决于发动机的水平。高推重比、低耗油率发动机的关键是高温结构材料。目前普遍应用的镍基高温合金的工作温度为1100~1150℃，达到了该材料熔点的80~85%，接近使用温度的极限。Nb-Si基超高温合金因为具有高熔点、低密度、高温强度和比强度高、一定的室温韧性和较好的组织稳定性等特点，成为航空航天用发动机热端部件最重要的候选材料。本论文从显微组织、室温韧性、高温强度、高温蠕变和抗氧化性能等方面对Nb-15W-5Si-2B-xHf(x=0,5,10,15)合金进行了系统研究，并探讨了元素Hf对合金性能的影响规律。Nb-15W-5Si-2B-xHf(x=0,5,10,15)合金铸态显微组织中有三相：NbSS固溶体、M5Si3和M3Si硅化物，热处理后M3Si相发生分解生成NbSS和M5Si3。加入Hf元素以后，Nb-15W-5Si-2B-xHf(x=0,5,10,15)合金的室温韧性KQ值在10~12.39MPa•m1/2之间；1200℃压缩屈服强度σ0.2在600MPa以上，1500℃压缩屈服强度σ0.2在250MPa以上；1500℃/100MPa应力下0Hf和10Hf合金压缩蠕变速率分别为5.15×10-7S-1和12.17×10-7S-1，160MPa应力下0Hf和10Hf合金压缩蠕变速率分别为3.4×10-6S-1和6.43×10-6S-1；1250℃/12h、空气介质中氧化后Nb-15W-5Si-2B-xHf(x=0,5,10,15)合金的平均氧化速率大于10mg/cm2•h，氧化质量增重与时间成正比，与Hf含量成正比，高温下氧向基体内扩散发生内氧化。Nb-15W-5Si-2B-xHf(x=0,5,10,15)合金中加入Hf元素可以起到固溶强化的作用，提高合金的室温韧性和高温强度，但是加入Hf以后合金的蠕变速率和平均氧化速率都增加。从提高合金的综合性能来考虑，Hf元素含量不宜超过10%，添加一些其他的合金元素Ti、Cr 、Ge等可以降低合金高温氧化增重，但是Ti元素含量也不宜超过10%，且合金的力学性能还有待于进一步的研究。