退火对(Mo1-xNbx)5Si3高温合金组织与力学性能的影响

　　Mo5Si3被认为是最有潜力的可替代镍基合金的高温结构材料[1-3]。它在1300℃还能保持足够高的强度和抗蠕变性能。然而，该材料的本征脆性阻碍了其在工程领域中的应用。通常合金化和复合化是改善材料脆性最常用的方法[1，4-7]。已有研究表明，向MoSi2中加入微量元素B生成了T2(Mo5SiB2)相[8]，以及基于Ti5Si3和Zr5Si3合成的Ti3Zr2Si3三元相[9]，这种由合金化产生的多相共存(即复合化)可使材料的韧性和抗氧化性得到较大的提高。基于此思想，通过向Mo5Si3中添加不同量的Nb对其进行合金化，并采用电弧熔炼结合高温退火的方法制备了(Mo1-xNbx)5Si3系列合金，对高温退火工艺与 Nb 元素合金化对合金的微观组织和力学性能影响的规律进行了分析和探讨。

　　1 实验材料及方法

　　原料采用硅粉、铌粉、钼粉，其纯度均≥99.0%，粒度为200目。按(Mo1-xNbx)5Si3(其中x=0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0)系列合金的化学比例式称取所需配比的各元素质量，设计每个试样质量20g。将称好的粉料分别在行星式球磨机中混合均匀， 球料比10∶1，转速150r/min，球磨10h。将球磨后粉料压制成型，随后在电弧炉中熔炼合金，为保证合金成分的均匀性，对合金试样进行4～5次反复熔炼以保证微观成分均匀。用石英管封装试样，然后在热处理炉中进行1200℃退火50h使组织均匀化。随后对试样分别进行X射线衍射物相分析、EDS微区成分分析、金相组织照片分析、形貌和断口分析及显微硬度等力学性能测试。

　　2 实验结果及讨论

　　2.1 合金试样的相分析

　　图1为合金退火试样的XRD图谱。可以看出，当x=0.2或x=0.4 时，与标准Mo5Si3的XRD图谱相比，通过上述工艺制备的合金其XRD图谱中的峰位均向左偏移。这是由于部 分Nb原子固溶 到Mo5Si3中使晶格产生畸变。当x=0.6和x=0.8时，同样表现为 Nb5Si3标准衍射峰的整体偏移，这也是形成了(Nb，Mo)5Si3固溶体所致。由于Nb原子半径大于Mo原子半径，当Nb固溶到Mo5Si3中后，导致Mo5Si3的晶面间距变大，从而使衍射峰向左偏移。同样，当Mo固溶到Nb5Si3中后，可导致衍射峰向右偏移，这与试验结果吻合较好。从XRD衍射图谱中还可看到，当x=0.2时，MoSi2的衍射峰明显增强，说明少量的Nb加入导致其成分不均匀，部分Si偏聚，促进了MoSi2的形成。当x=0.4时，MoSi2的衍射峰消失，说明适量的Nb有助于抑制MoSi2的形成。当x=1.0时，形成的Nb5Si3为α-Nb5Si3。当x=0.8时，少量Mo的加入导致α-Nb5Si3相向β-Nb5Si3型相的转变， 但还有少量α-Nb5Si3。当x=0.6时，随着Mo的量的进一步增多，α-Nb5Si3几乎全部转变为 β-Nb5Si3。

　　2.2 合金试样的显微组织