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随着航空航天技术的飞速发展,作为航空航天飞行器的“心脏”——发动机,是航空航天事业发展的核心。材料是发动机实现性能的基础。Nb-Si合金因其具有较高的熔点(>1750℃)以及较低的密度(7.2g/cm3),成为极具潜力的超结构材料。但Nb-Si合金的室温断裂韧性较差,这大大限制了其在工业与工程上的广泛应用。Nb-Si合金的室温断裂韧性等力学性能取决于其显微组织,尤其是Nb5Si3、Nb3Si等金属间化合物的形态与分布。而对于多元Nb-Si合金,由于合金化元素的加入,多种元素共同作用下,熔炼过程中会产生错综复杂的反应,势必会对Nb-Si合金的显微组织,即相组成与各相的形态与分布产生影响。因此本文采用mediema与Toop热力学模型,建立了Nb-Si-Ti-C合金的热力学计算模型,预测一定温度范围内合金体系中各金属间化合物的吉布斯生成自由能,对可能析出的相进行了预测。采用铸造工艺法,选取综合性能较好的Nb-16Si-24Ti合金作为原始合金,以Ti C为载体对其进行C元素合金化。分析C元素对Nb-Si合金微观组织、相组成与分布以及力学性能的影响。并研究了显微组织与力学性能间的相关性。首先依据miedema模型计算了Ti-C、Nb-Si、Si-C、Ti-Si等二元合金系的过剩吉布斯自由能E(35)G及二元系中各组元的活度ai。根据Toop模型得到Nb-Ti-C、Nb-Ti-Si三元合金系的过剩吉布斯自由能及各组元在三元合金系中的活度。将所得各二元系组元活度表达式代入各金属间化合物生成反应的标准吉布斯自由能变化公式,可以得到二元合金系中各金属间化合物生成反应的吉布斯自由能变化?iT(35)G与温度T之间的关系式。结合各二元系相图上的成分点,采用数据处理软件进行线性拟合,得到?iT(35)G与T之间的线性关系式,将所得线性关系式代入三元合金系中各金属间化合物生成反应的吉布斯自由能表达式中,代入各元素的相应参数与经验参数,最终可计算出各金属间化合物生成反应的吉布斯自由能变化,根据所得吉布斯自由能变化值,进而推断各金属间化合物析出的热力学驱动力的大小。经过上述计算,Ti C、Ti5Si3以及Nb5Si3三种相有可能产生。同时,随着C元素含量的增加,各相生成反应的吉布斯自由能也会产生变化,即C元素会削弱了Ti C、Ti5Si3这两种相生成反应的热力学驱动力,抑制这两相的生成;同时提高了Nb5Si3相的生成反应的热力学驱动力,促进Nb5Si3相的生成。采用真空非自耗型电弧熔炼设备制备了Nb-16Si-24Ti-x C(x=0、1、2、3、4)合金,并对制备得到的合金进行了组织分析与室温压缩性能以及室温断裂韧性的测试。结果表明,C元素的加入使得Nb-Si合金的凝固路径由亚共晶向过共晶转变。C元素会促进Nbss相的生成,但随着C元素含量的增加,Nbss相的含量趋于稳定。而Nb3Si初生相随着C元素含量的增加,含量、体积与长径比逐渐增大。C元素原子比为1时组织中出现大量的Nb5Si3相,而原子比为2时,却又几近消失,同时组织中出现大量以Nb3Si初生相为核心、周围包裹着细密共晶组织的的团状结构。随着C元素含量的进一步增加,Nb5Si3相又渐渐的从Nb3Si中析出,Nb3Si相增多,细密的共晶组织减少。C元素的加入可以有效提高Nb-Si合金的室温断裂韧性与室温压缩性能。C元素的加入会影响各相的形态、含量与分布,进而影响力学性能。原子比为2时的合金室温断裂韧性最高,相较于原始合金提升了132%,随着C元素的增加,合金的室温断裂韧性呈现先增后减,而后又增的波动趋势。原子比为1的合金,抗压强度最高,相较于原始合金提高了25%,压缩性能最好。C元素还会促使合金由脆性断裂向塑性变形转变。组织中的Nbss相以及细密共晶组织可以提高室温断裂韧性,Nb5Si3相对提升抗压强度有益。粗大的初生Nb3Si相无论是对室温断裂韧性还是抗压强度都会产生不利影响。