论文摘要：粉末冶金制备单相Nb合金的组织和力学性能

Nb-Si基超高温合金具有熔点高、高温强度好、比刚度高、一定的室温韧性和较好的组织稳定性等特点，是航空发动机叶片重要的候选材料之一，极具替代现有镍基合金作为未来飞行器发动机超高温部件材料的潜力。Nb-Si基合金中由NbSS相和Nb5Si3相分别提供室温韧性和高温强度，相比强度而言Nb-Si基合金的室温韧性略显不足。为改善Nb-Si基合金的室温韧性，本文以单相Nb为研究对象，采用放电等离子烧结（SPS）工艺制备单相Nb块体材料，研究了粉末粒度、合金元素和热处理等对单相Nb组织和性能的影响规律及其机理。

以不同尺寸和形貌的Nb粉末为原料制备得到了4种单相Nb块体，其组织和力学性能分析结果表明，随着原料Nb粉末尺寸的降低，Nb块体的晶粒尺寸呈下降趋势，单相Nb试样的强度和硬度升高而断裂韧性下降。以较大尺寸粉末（D50：32.7μm和19.2μm）和片层状粉末为原料所制备的单相Nb试样中，三点弯曲裂纹以穿晶+沿晶的混合方式扩展，发生了大量的偏转和桥接增韧机制，以准解理方式断裂；原料粉末尺寸较小时（D50：3.3μm），单相Nb试样的裂纹主要沿着晶界扩展，且断口平直，无明显塑性变形。

以3种不同成分的预合金化NbSS粉末为原料，经放电等离子烧结制备得到了3种NbSS合金：A-NbSS合金（37.95%Nb、40.18%Ti、5.8%Al、2.19%Hf、13.9%Cr）、B-NbSS合金（31.4%Nb、40.18%Ti、5.8%Al、2.19%Hf、13.9%Cr、6.55%W）和C-NbSS合金（71.58%Nb、5.8%Al、2.19%Hf、13.9%Cr、6.55%W）。含Ti的A合金的室温断裂韧性值最高为17.4 MPa·m1/2，而含W的C合金的高温压缩强度最高，1250ºC和1350ºC的屈服强度分别为370MPa和280MPa。1500℃/50h热处理后A合金的室温断裂韧性值由17.4 MPa·m1/2提高至20.8 MPa·m1/2，提高了约20%，但热处理对B和C合金室温断裂韧性的影响较小。Ti是对NbSS韧性有益的元素，而W则能提高NbSS的高温强度。三点弯曲断口形貌表明，A合金和C合金断口表面存在大面积的河流花样，是准解理断裂机制，而B合金断口河流花样不明显。热处理后的A合金断口表面出现韧窝形貌，说明部分Nb晶粒由准解理断裂机制向韧窝断裂机制转变，提高了合金的断裂韧性，而热处理后B合金和C合金的断裂机制无明显改变，对断裂韧性无影响。

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