一种具有不同层片组织取向的Nb-Si基超高温合金以及制备方法和应用

一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金以及制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及高温合金材料成型工艺技术领域，具体涉及一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金以及制备方法和应用。


背景技术：

2.nb-si基超高温合金密度适中、熔点高、具有较好的高温力学性能，相比于镍基单晶高温合金，能够在更高温度下使用，有望成为新一代以涡轮叶片为代表的高温结构部件用材料。高温涡轮叶片一般制备成定向柱晶或单晶，工作过程中受力复杂且需承受较大轴向拉应力，因而定向凝固是制备涡轮叶片类零件的重要工艺。定向凝固技术可以有效调控nb-si基超高温合金的微观组织，得到定向排列的共晶层片组织，并显著提高合金的综合力学性能。通过改变nb-si基超高温合金定向凝固工艺参数中的熔体过热度、温度梯度、抽拉速率以及采用跃迁变速抽拉，得到沿试棒轴向定向排列的nbss/(nb,x)5si3层片状耦合生长共晶组织，且两相满足一定的晶体学取向关系。定向凝固铌基固溶体相(nbss)和(nb,x)5si3相的晶体取向以及nbss/(nb,x)5si3共晶层片与拉伸应力轴夹角会显著影响合金的力学性能及变形机制。因此，有必要确定具有最佳性能的层片组织取向和晶体学取向，并揭示材料的层片组织取向对力学性能的影响规律，明晰不同取向时的拉伸变形机制。从而为通过调整定向凝固工艺参数以进一步调控层片组织取向，获得最佳的力学性能组合奠定理论基础及技术支撑。
3.目前，已有关于tial合金中多孪晶合成晶体(pst)片层取向与力学性能关系的研究。但对同为由金属间化合物相组成的nb-si基超高温合金而言，仅有其定向凝固共晶层片组织取向平行于外加拉伸应力轴方向时的力学性能和变形机制的研究，还未对应力轴与共晶层片组织呈不同夹角时的力学性能变化规律以及变形机制特点进行研究。为明确定向凝固nb-si基超高温合金部件如涡轮叶片中共晶层片取向的偏离容限，从而为具体部件设计提供理论指导，并且充分挖掘合金力学性能潜力，迫切需要阐明定向凝固nb-si基超高温合金的nbss/(nb,x)5si3共晶层片取向与应力轴的夹角以及晶体取向对拉伸变形行为的影响规律及变形机理。由于定向凝固所制备的nb-si基超高温合金小尺寸试棒的微观组织为沿几何纵轴定向排列的共晶层片组织，仅可用来研究夹角为0
°
时的变形行为，无法进行不同层片组织取向的拉伸力学性能研究。因此，通过定向凝固技术制备大尺寸试棒，进而研究不同共晶层片组织取向的拉伸力学性能与变形机制，将有利于推进对nb-si基超高温合金拉伸变形机制的理解，并为其应用于高温结构部件奠定基础。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.为拓宽在制备涡轮叶片等结构部件时对高温结构材料的选择范围，针对现有技术中仅对nb-si基超高温合金定向凝固共晶层片组织取向平行于外加拉伸应力轴方向时的力
学性能和变形机制进行了研究，还未对应力轴与共晶层片组织取向呈不同夹角时的力学性能变化规律以及变形机制特点进行研究的局限及不足，本发明提供一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金以及制备方法和应用。该方法通过定向凝固技术制备大尺寸试棒，进而研究不同共晶层片组织取向的拉伸力学性能与变形机制，将有利于推进对nb-si基超高温合金的拉伸变形机制的理解，并为其应用于高温结构部件奠定基础。
6.技术方案
7.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，所述超高温合金内部包括共晶层片组织；所述共晶层片组织的取向与所述超高温合金的轴向之间的夹角为0
°
～90
°
。
8.优选的，所述夹角包括0
°
，15
°
，30
°
，45
°
，60
°
或90
°
。
9.更优选的，所述夹角包括0
°
，15
°
或60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金，室温抗拉强度分别为622.7mpa、624.2mpa及615.3mpa；室温延伸率分别为2.9％、2.7％及3.4％。
10.优选的，所述共晶层片组织为nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织，其中，x包括ti，cr，hf中的一种或多种。
11.优选的，所述超高温合金的轴向指的是制备所述超高温合金时对超高温合金试棒拉伸应力的方向。
12.本发明第二个方面提供一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的制备方法，包括以下步骤：
13.获取含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒；
14.将超高温合金试棒通过加工，使其轴向与其内部共晶层片组织取向具有不同夹角，即获取具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金；其中，所述夹角为0
°
～90
°
。
15.优选的，所述含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒是按照以下步骤制得：
16.将nb-si基超高温合金的母合金圆柱棒置于陶瓷坩埚内，并通过钼托将其固定在定向凝固炉的抽拉杆上，随后上升结晶器，封闭炉膛；
17.将定向凝固炉抽至真空时进行升温，当温度达到500～800℃时保温30～60min，随后控制抽拉杆位置，对坩埚与钼托结合部位的氧化钇料浆进行预烧；
18.当温度达到800～1200℃时停止抽真空，并充入高纯氩气；
19.继续升温至1850～2200℃，保温5～30min后以1.5～1000μm/s的抽拉速率将坩埚向下抽拉，将陶瓷坩埚拉入冷却液中，然后随炉冷却，获取含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒。
20.更优选的，所述nb-si基超高温合金的母合金圆柱棒是采用线切割从nb-si基超高温合金感应熔炼锭上切取的圆棒，并使用水磨砂纸去除圆棒四周表面及端面的线切割痕迹和氧化皮，用无水乙醇超声振动清洗后烘干而获得的。
21.本发明第三个方面提供一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金在涡轮叶片中的应用。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.本发明提供的一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的制备方法，该
方法通过一次定向凝固制备出大尺寸的具有定向排列共晶层片组织的试棒，然后从一个定向凝固试棒中切取加工出多个与其轴向呈不同夹角的拉伸试样，从而获取具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，进行拉伸力学性能测试后，研究共晶层片组织取向和组成相的晶体学取向与力学性能的关系。该发明中定向凝固后获得nbss与(nb,x)5si3沿试棒轴向规则排列的层片状耦合生长共晶；在拉伸试验前后，对层片组织相对于试样轴向的偏转角度以及共晶中两相的生长取向进行表征，以保证拉伸试样中层片组织取向与拉伸轴向的夹角满足要求。本发明通过对定向凝固nb-si基超高温合金中不同层片组织取向力学性能进行测定和表征，能够高效地确定具有最佳性能的层片组织取向与两相的晶体学取向，揭示nb-si基超高温合金不同共晶层片取向下的拉伸变形机制，明确其共晶层片取向的偏离容限，推动nb-si基超高温合金在高温结构部件上的应用，从而拓宽对高温结构型材的选择范围，比如，可以拓宽飞机发动机中生产涡轮叶片对高温结构材料的选择范围。
24.本发明通过对不同夹角所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金进行拉伸应力测试，确定了当夹角为0
°
、15
°
及60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金时，合金试样的抗拉强度和延伸率达到良好匹配；表明在这三种层片组织取向下，合金的拉伸力学性能更好，主要是由于这三种取向下共晶层片界面对裂纹扩展和位错运动的阻碍作用较强且位错易开动滑移。其中，0
°
、15
°
及60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金室温抗拉强度分别为622.7mpa、624.2mpa及615.3mpa；0
°
、15
°
及60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金室温延伸率分别为2.9％、2.7％及3.4％。
25.本发明提出的表征定向凝固nb-si基超高温合金层片组织取向与力学性能关系的方法，其优点在于，提供了定向凝固nb-si基超高温合金中具有不同取向层片组织拉伸试样的测试以及表征方法，具有工艺简单、技术路线清晰、效率高的优点。此外，本发明提出的研究方法不仅适用于nb-si基超高温合金，还适用于其它具有共晶/共析层片状组织形貌的金属间化合物基复合材料，是一种简单有效的研究思路和技术路线的范例。
附图说明
26.图1为nb-si基超高温合金定向凝固所用陶瓷坩埚宏观照片；
27.图2为定向凝固nb-si基超高温合金试棒宏观照片；
28.图3为加工不同共晶层片组织取向拉伸试样示意图；
29.图4为拉伸试样共晶层片组织取向示意图，(a)～(f)分别为具有0
°
，15
°
，30
°
，45
°
，60
°
和90
°
共晶层片组织取向的拉伸试样示意图；
30.图5为实施例1中定向凝固合金的组织图，(a)为定向凝固合金横截面组织图，(b)为纵截面组织图；
31.图6为实施例1～6中不同共晶层片组织取向拉伸试样的抗拉强度与延伸率；
32.图7为实施例1～6中不同共晶层片组织取向试样拉伸的载荷-位移曲线，(a)～(f)分别为具有0
°
，15
°
，30
°
，45
°
，60
°
和90
°
共晶层片组织取向试样拉伸的载荷-位移曲线。
具体实施方式
33.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
34.为明确定向凝固nb-si基超高温合金部件如涡轮叶片中共晶层片取向的偏离容限，并为具体部件设计提供理论指导，从而充分挖掘合金力学性能潜力，本发明的目标是阐明定向凝固nb-si基超高温合金的nbss/(nb,x)5si3共晶层片取向与应力轴的夹角以及晶体取向对拉伸变形行为的影响规律及变形机理。由于定向凝固所制备的nb-si基超高温合金小尺寸试棒的微观组织为沿几何纵轴定向排列的共晶层片组织，目前仅可用来研究夹角为0
°
时的变形行为，无法进行不同层片组织取向的拉伸力学性能研究。因此，本发明通过定向凝固技术制备大尺寸试棒，进而研究不同共晶层片组织取向的拉伸力学性能与变形机制，将有利于推进对nb-si基超高温合金拉伸变形机制的理解，并为其应用于高温结构部件奠定基础。
35.本发明提供一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的制备方法，包括以下步骤：
36.获取含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒；
37.将超高温合金试棒通过加工，使其轴向与其内部共晶层片组织具有不同的夹角，即获取具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金；其中，所述夹角为0
°
～90
°
。需要说明的是，每个夹角对应一个层片组织取向的nb-si基超高温合金。优选的，所述夹角包括0
°
～30
°
或45
°
～75
°
；
38.本发明通过一次定向凝固制备出大尺寸的具有定向排列共晶层片组织的试棒，然后从一个定向凝固试棒中切取加工出多个与其轴向呈不同夹角的拉伸试样，从而获取具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，其中每个夹角即为具有固定nbss/(nb,x)5si3层片组织取向的nb-si基超高温合金。可见，该制备方法工艺简单，效率高；主要基于定向凝固的nbss与(nb,x)5si3沿试棒轴向规则排列的层片状耦合生长共晶，通过机械加工使得规则排列的nbss与(nb,x)5si3层片状耦合生长共晶与超高温合金试棒轴向呈不同夹角，获取抗拉强度和延伸率达到良好匹配的nb-si基超高温合金，推动nb-si基超高温合金在高温结构部件上的应用。
39.更优选的，夹角为0
°
，15
°
或60
°
时所制备的nb-si基超高温合金，其抗拉强度和延伸率达到良好匹配。
40.根据本发明，所述含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒是按照以下步骤制得：
41.将nb-si基超高温合金的母合金圆柱棒置于陶瓷坩埚内，并通过钼托将其固定在定向凝固炉的抽拉杆上，随后上升结晶器，封闭炉膛；
42.将定向凝固炉抽至真空时进行升温，当温度达到500～800℃时保温30～60min，随后控制抽拉杆位置，对坩埚与钼托结合部位的氧化钇料浆进行预烧；
43.当温度达到800～1200℃时停止抽真空，并充入高纯氩气；
44.继续升温至1850～2200℃，保温5～30min后以1.5～1000μm/s的抽拉速率将坩埚向下抽拉，将陶瓷坩埚拉入冷却液中，然后随炉冷却，获取含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒。其中，冷却液为ga-in-sn合金液，以提高温度梯度。需要说明的是，坩埚与钼托结合部位的氧化钇料浆为氧化钇粉末与硅溶胶混合而成，作用是为了连接并固定坩埚与钼托。
45.优选的，所述nb-si基超高温合金的母合金圆柱棒是采用线切割从nb-si基超高温
合金感应熔炼锭上切取的圆棒，并使用水磨砂纸去除圆棒四周表面及端面的线切割痕迹和氧化皮，用无水乙醇超声振动清洗后烘干而获得的。主要采用线切割从感应熔炼锭上切取ф28mm的圆棒，使用80#至2000#水磨砂纸去除圆棒四周表面及端面的线切割痕迹和氧化皮；
46.在实施例中nb-si基超高温合金感应熔炼锭的成分是nb-22ti-15si-4cr-3al(at.％)。
47.本发明采用自制的内径为30mm的陶瓷坩埚；如图1所示，图1为nb-si基超高温合金定向凝固所用陶瓷坩埚宏观照片；其中，图1(a)为陶瓷坩埚横向放置宏观照片，图1(b)为纵向放置时的宏观照片。
48.图3所示，为加工不同共晶层片组织取向拉伸试样示意图。通过数控机床加工拉伸试样，使其试棒轴向与其内部共晶层片组织的取向呈不同的夹角。
49.本发明提供一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，所述超高温合金内部包括共晶层片组织；所述共晶层片组织的取向与所述超高温合金的轴向之间的夹角为0
°
～90
°
。其中，共晶层片组织的取向指的是，共晶层片组织中层片的排列方向。
50.本发明通过对具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金力学性能进行测定和表征，能够高效地确定具有最佳性能的层片组织取向与两相的晶体学取向，揭示nb-si基超高温合金不同共晶层片取向下的拉伸变形机制，明确其共晶层片取向的偏离容限，推动nb-si基超高温合金在高温结构部件上的应用，从而拓宽高温结构型材的选择范围。
51.根据本发明，所述夹角包括0
°
，15
°
，30
°
，45
°
，60
°
或90
°
。所述超高温合金的轴向指的是制备所述超高温合金试棒时拉伸应力的方向，也就是超高温合金试棒的轴向。
52.其中，在对夹角包括0
°
，15
°
或60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金进行拉伸力学性能测试时，发现这些合金试样的抗拉强度和延伸率达到良好匹配；表明在这三种层片组织取向下，合金的拉伸力学性能更好，主要是由于这三种取向下共晶层片界面对裂纹扩展和位错运动的阻碍作用较强且位错易开动滑移。其中，0
°
、15
°
及60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金室温抗拉强度分别为622.7mpa、624.2mpa及615.3mpa；0
°
、15
°
及60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金室温延伸率分别为2.9％、2.7％及3.4％。
53.根据本发明，所述共晶层片组织为nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织，其中，x包括ti，cr和hf中的一种或多种。
54.本发明对不同层片组织取向的nb-si基超高温合金进行拉伸力学性能测试时，所加工拉伸试样长度为27mm，其标距段尺寸为ф3mm
×
10mm，螺纹段为m6，过渡段半径为2mm。如图4所示，图4为拉伸试样共晶层片组织取向示意图，(a)～(f)分别为具有0
°
，15
°
，30
°
，45
°
，60
°
和90
°
共晶层片组织取向的拉伸试样示意图。
55.本发明中拉伸力学性能测试：采用电子万能材料试验机，对具有不同层片组织取向的拉伸试样进行室温(25℃)拉伸力学性能测试，每个取向测试3个拉伸试样，最终的力学性能指标为3个试样的平均值。
56.本发明为分析层片组织取向与拉伸力学性能的关系：对试样标距段的取向进行表征，结合组成相的生长取向、滑移系等分析不同层片取向与力学性能之间的关系，揭示合金的各向异性特征，为定向凝固涡轮叶片等超高温结构部件的取向偏离容限设计奠定理论基
础。
57.本发明提供一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金在涡轮叶片中的应用。
58.需要说明的是，本发明中采用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；采用的试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
59.实施例1
60.一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的制备方法，包括以下步骤：
61.(1)采用定向凝固技术制备具有定向排列nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒：
62.a.采用线切割从感应熔炼的nb-si基超高温合金母合金锭上切取ф28mm的圆棒，使用80#至2000#水磨砂纸去除圆棒四周表面及端面的线切割痕迹和氧化皮，用无水乙醇超声振动清洗后烘干，封装备用；
63.b.将母合金圆棒放入自制的内径为30mm的陶瓷坩埚内，并通过钼托将其固定至超高温高真空定向凝固炉的抽拉杆上，随后上升结晶器，封闭炉膛；
64.c.抽真空后升温，当温度达到600℃时保温30min，随后控制抽拉杆位置，对坩埚与钼托结合部位的氧化钇料浆进行预烧；当温度达到1000℃时停止抽真空，并充入高纯氩气；继续升温至2050℃，保温5min后以100μm/s的抽拉速率进行抽拉，使陶瓷坩埚进入ga-in-sn液态合金中并随炉冷却；
65.d.将定向凝固试棒从坩埚中取出，并打磨掉试棒表面氧化物，清洗后烘干；即获取含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒；如图2所示，为定向凝固nb-si基超高温合金试棒宏观照片。如图5所示，图5为本实施例中定向凝固合金的组织图，图5(a)为定向凝固合金横截面组织图，图5(b)为纵截面组织图。从图5(a)和图5(b)中可出看出，nbss/(nb,x)5si3层片共晶沿试棒轴向定向规则排列。
66.(2)分析定向凝固试棒纵截面定向排列的nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织的晶体取向以及层片方向与试棒轴向的夹角，采用数控机床加工拉伸试样，使其轴向与nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织方向的夹角为0
°
。拉伸试样长度为27mm，其标距段尺寸为ф3mm
×
10mm，螺纹段为m6，过渡段半径为2mm；即获取具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金。
67.实施例2
68.采用实施例1的方案制备具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，不同之处在于：步骤(2)中，采用数控机床加工拉伸试样，使其轴向与nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织排列方向的夹角为15
°
。
69.实施例3
70.采用实施例1的方案制备具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，不同之处在于：步骤(2)中，采用数控机床加工拉伸试样，使其轴向与nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织排列方向的夹角为30
°
。
71.实施例4
72.采用实施例1的方案制备具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，不同之处在于：步骤(2)中，采用数控机床加工拉伸试样，使其轴向与nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织排列方向的夹角为45
°
。
73.实施例5
74.采用实施例1的方案制备具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，不同之处在于：步骤(2)中，采用数控机床加工拉伸试样，使其轴向与nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织排列方向的夹角为60
°
。
75.实施例6
76.采用实施例1的方案制备具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，不同之处在于：步骤(2)中，采用数控机床加工拉伸试样，使其轴向与nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织排列方向的夹角为90
°
。
77.为了说明本发明提供的一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，对实施例1～6制备的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金相关性能进行说明。主要是通过拉伸力学性能测试来分析层片组织取向对拉伸力学性能的影响规律。
78.其中，拉伸力学性能测试：采用电子万能材料试验机，对拉伸试样进行室温拉伸力学性能测试，每个取向测定3个拉伸试样，最终的拉伸力学性能指标为3个试样的平均值。参见图6和图7以及表1。表1为实施例1～6提供的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的拉伸力学性能数据。
79.图6为实施例1～6中不同共晶层片组织取向拉伸试样的抗拉强度与延伸率；
80.从图6中可以看出，抗拉强度与延伸率随层片组织取向与拉伸轴方向夹角φ的增大具有相同的变化规律，随φ的增大先减小，然后在夹角60
°
时达到较大值，随后在夹角90
°
时降到最低。0
°
，15
°
和60
°
层片组织取向试样的抗拉强度和延伸率达到良好匹配。
81.图7为实施例1～6中不同共晶层片组织取向试样拉伸的载荷-位移曲线，(a)～(f)分别为具有0
°
，15
°
，30
°
，45
°
，60
°
和90
°
共晶层片组织取向试样拉伸的载荷-位移曲线。
82.从图7中可以看出，0
°
，15
°
和60
°
层片组织取向试样的抗拉强度和延伸率较大，90
°
层片组织取向试样的抗拉强度和延伸率均为最小，30
°
和45
°
层片取向试样的室温拉伸性能介于0
°
和90
°
层片取向试样的性能之间。
83.表1实施例1～6提供的合金的性能数据
[0084][0085][0086]
表1为不同层片组织取向拉伸试样的性能数据。当拉伸应力轴与定向凝固层片组织的夹角呈60
°
时，平均抗拉强度达到615.3mpa，平均延伸率达到最大值，为3.4％，取得良好的强度与塑性匹配；当拉伸应力轴与定向凝固层片组织的夹角呈90
°
时，平均抗拉强度和平均延伸率均最小；当拉伸应力轴平行于定向凝固层片组织，即应力轴与层片组织排列方向的夹角呈0
°
时，以及应力轴与层片组织的夹角呈15
°
时，平均抗拉强度与平均延伸率均较大，达到良好匹配，有利于nb-si基超高温合金作为高温结构部件的应用。可以看出，当拉伸
应力轴与定向凝固层片组织的夹角呈0
°
，15
°
和60
°
时，合金试样的抗拉强度和延伸率达到良好匹配，表明在这三种层片组织取向下，合金的拉伸力学性能更好。这是因为在室温下这三种取向下nbss中{110}《111》滑移系在拉应力作用下易开动滑移，且共晶层片界面对裂纹扩展和位错运动的阻碍作用较强，因此得到较好的室温拉伸性能。
[0087]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，其特征在于，所述超高温合金内部包括共晶层片组织；所述共晶层片组织的取向与所述超高温合金的轴向之间的夹角为0
°
～90
°
。2.根据权利要求1所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，其特征在于，所述夹角包括0
°
，15
°
，30
°
，45
°
，60
°
或90
°
。3.根据权利要求2所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，其特征在于，所述夹角包括0
°
，15
°
或60
°
所对应的层片组织取向的nb-si基超高温合金，室温抗拉强度分别为622.7mpa、624.2mpa及615.3mpa；室温延伸率分别为2.9％、2.7％及3.4％。4.根据权利要求1所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，其特征在于，所述共晶层片组织为nbss/(nb,x)5si3共晶层片组织，其中，x包括ti，cr，hf中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金，其特征在于，所述超高温合金的轴向指的是制备所述超高温合金时对超高温合金试棒拉伸应力的方向。6.一种权利要求1所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒；将超高温合金试棒通过加工，使其轴向与其内部共晶层片组织取向具有不同夹角，即获取具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金；其中，所述夹角为0
°
～90
°
。7.根据权利要求6所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的制备方法，其特征在于，所述含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒是按照以下步骤制得：将nb-si基超高温合金的母合金圆柱棒置于陶瓷坩埚内，并通过钼托将其固定在定向凝固炉的抽拉杆上，随后上升结晶器，封闭炉膛；将定向凝固炉抽至真空时进行升温，当温度达到500～800℃时保温30～60min，随后控制抽拉杆位置，对坩埚与钼托结合部位的氧化钇料浆进行预烧；当温度达到800～1200℃时停止抽真空，并充入高纯氩气；继续升温至1850～2200℃，保温5～30min后以1.5～1000μm/s的抽拉速率将坩埚向下抽拉，将陶瓷坩埚拉入冷却液中，然后随炉冷却，获取含有定向排列的共晶层片组织的nb-si基超高温合金试棒。8.根据权利要求7所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金的制备方法，其特征在于，所述nb-si基超高温合金圆柱棒是采用线切割从nb-si基超高温合金感应熔炼锭上切取的圆棒，并使用水磨砂纸去除圆棒四周表面及端面的线切割痕迹和氧化皮，用无水乙醇超声振动清洗后烘干而获得的。9.一种权利要求1所述的具有不同层片组织取向的nb-si基超高温合金在涡轮叶片中的应用。

技术总结
本发明公开了一种具有不同层片组织取向的Nb-Si基超高温合金以及制备方法和应用，涉及高温合金材料成型工艺技术领域。所述超高温合金内部包括共晶层片组织；所述共晶层片组织的取向与所述超高温合金的轴向之间的夹角为0


技术研发人员：郭喜平 申修文 乔彦强
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/10/7