一、室温韧性
Nb-Si基合金中延性相Nb固溶体是主要增韧相。Nb-Si基合金的断裂韧性不仅依赖于延性相Nb固溶体的体积分数,也与Nb固溶体的几何特征及形态分布有关。以初生枝晶形貌为主的Nb固溶体,其不发达的枝晶主干与细长的二次枝晶臂均起不到好的增韧作用,且会破坏热处理组织的均匀性。另一方面,大尺寸的初生Nb5Si3以四方形横截面形貌存在,在断裂过程中会成为裂纹源和裂纹扩展通道,不利于断裂韧性的提高。Nb固溶体呈规则网络状结构,Nb5Si3以孤立增强相均匀分布其中,Nb/Nb5Si3晶界大量增加,则可以增大裂纹通过共晶区域受到的抵抗程度,使断裂韧性得到提高。
二、高温强度
Nb-Si基合金的高温强度随着硅化物体积分数的增加而增加,为保证Nb-Si基合金的高温强度,硅化物体积分数需在35%以上。固溶强化是提高其高温强度的有效手段之一。Hf、W、Mo对Nb-Si基合金均有显著的固溶强化作用,可以明显提高材料的强度和抗蠕变性能,其中Hf在提高合金高温强度的同时并不降低其室温韧性。
三、抗氧化性能
纯Nb合金的抗氧化性能较差,易氧化成Nb2O5,不能提供保护基体的能力,并且容易开裂剥落。虽然硅化物的抗氧化性能远高于Nb固溶体,但在超高温条件下也会发生氧化,且难以形成连续的保护性氧化膜。通过合金化,引入抗氧化性能优异的Cr2Nb,可以显著提高合金高温抗氧化性能。
目前,Nb-Si基合金的室温韧性、高温强度和高温抗氧化性能等单项指标基本能达到航空发动机热端部件的应用要求,但是尚难实现这三者之间的综合匹配。寻求更合适的组织控制途径,实现室温韧性、高温强度和高温抗氧化性能的综合匹配,是Nb-Si基超高温合金研发的关键所在。