论文摘要：新型单相铌合金性能研究

航空航天技术的发展，很大程度上取决于发动机的水平。高比冲、低燃油消耗发动机的关键是高温结构材料。目前普遍应用于航天领域的C-103铌合金的稳定工作温度为1200~1300℃，高温强度不足，承温能力有待进一步提高。Nb-Si基超高温合金由于具有高熔点、低密度、高温强度高和一定的室温韧性等特点，成为航空航天发动机高温工作部件的候选材料之一。本文从显微组织、高温强度、室温韧性和损伤机理等方面对Nb-(10,6)Hf-(15,8)W-xSi(x=0,1,3,5)和Nb-18Ta-7W-1Zr-xSi(x=0,1,2,3,5)合金进行了研究，并选取了Nb-10Hf-15W-3Si合金，按照某航天发动机的尺寸，运用电火花加工方法制作了发动机燃烧室及喷管一体成型的模拟件。试验结果表明：1．Nb-10Hf-15W-xSi(x =0,1,3,5)合金铸态基体组织都是Nb基固溶体(NbSS)，当Si含量增加到3at.%时形成了Nb3Si相，1500℃/100h热处理后Nb3Si部分分解为Nb5Si3和NbSS，1600℃/100h分解完全。1600℃热处理后合金室温强度优于1500℃热处理的合金，但塑性有所降低。合金韧性在6~8MPa•m1/2之间，1250℃压缩屈服强度 在500MPa以上，1350℃时 大于380MPa。室温断裂时裂纹沿晶界扩展，NbSS为解理断裂，硅化物为脆性断裂，裂纹源在NbSS/NbSS或NbSS/硅化物的界面；高温压缩局部形成了穿过NbSS界面的裂纹和硅化物的碎裂两种失效方式。2. Nb-6Hf-8W-xSi(x = 0,1,3)铸态合金基体相是NbSS，当Si含量为3at.%时出现了Nb3Si相，热处理后Nb3Si部分分解为Nb5Si3和NbSS。与C-103铌合金相比，本系列合金室温和高温强度分别至少提高了80%和45%，合金的韧性在10MPa•m1/2以上。室温断裂以沿晶界断裂为主，NbSS为解理模式失效，而硅化物为脆断模式失效。3. Nb-18Ta-7W-1Zr-xSi(x = 1,2,3)合金热处理后在晶界和晶内形成了硅化物与NbSS的共晶，但5Si合金的硅化物单独沿晶界分布。5Si的高温强度最高，比中强度Nb合金FS-85高70%以上。

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