Nb-Si基超高温合金及其定向凝固工艺的研究进展

摘要

具有低密度和高熔点特性的Nb-Si基超高温合金是下一代航空发动机热端部件的重要候选材料之一。但Nb-Si基超高温合金的低室温断裂韧性限制了其工业化应用,合金化和定向凝固是改善室温断裂韧性的有效方法,本文综述了这2个方面的研究进展。合金化方面重点介绍了合金元素通过位错增韧和相改变增韧实现铌基固溶体(Nbss)相的韧化,通过固溶强化和相变提高硅化物相的高温性能,促进硅化物以近“Y”型生长,改善两相的界面等影响,分析发现Ti、Hf、Zr、B和Mg等元素均可改善室温断裂韧性。定向凝固方面综述了Nb-Si基超高温合金的定向凝固方法及特点,不同定向凝固工艺对Nb-Si基合金的组成相、组织形貌、室温断裂韧性以及高温强度的影响,定向凝固过程的组织演变规律及强化机理,分析发现调控工艺可获得Nbss/Nb5Si3良好单向生长的组织。在保证Nbss/Nb5Si3共晶耦合单向生长的情况下,减小Nbss相的厚度,提升其连续性是提高室温断裂韧性的有效方法。还展望了Nb-Si合金化与定向凝固的未来发展趋势。