A new generation of refractory material systems with significant increases in temperature capability is required to meet the demands of future aerospace applications. Such materials require a balance of properties such as low-temperature damage tolerance, high-temperature strength, creep resistance, and superior environmental stability for implementation in advanced aerospace systems. Systems incorporating niobium-based beta alloys and intermetallic compounds have the potential for meeting these requirements.

No abstract

This article reviews the most recent progress in the development of Nb-silicide-based in situ composites for potential applications in turbine engines with service temperatures of up to 1350°C. These composites contain high-strength Nb silicides that are toughened by a ductile Nb solid solution. Preliminary composites were derived from binary Nb-Si alloys, while more recent systems are complex and are alloyed with Ti, Hf, W, B, Ge, Cr, and Al. Alloying schemes have been developed to achieve an excellent balance of room-temperature toughness, fatigue-crack-growth behavior, high-temperature creep performance, and oxidation resistance over a broad range of temperatures. Nb-silicide-based composites are described with emphasis on processing, microstructure, and performance. Nb silicide composites have been produced using a range of processing routes, including induction skull melting, investment casting, hot extrusion, and powder metallurgy methods. Nb silicide composite properties are also compared with those of Ni-based superalloys.

No abstract

Композиционные материалы (КМ) на основе ниобия c функциональными и легирующими добавками (Si, Hf, Ti, Al и др.) имеют перспективу промышленного освоения в авиационном двигателестроении. Ранее авторами было показано, что такие КМ можно синтезировать в автоволновом режиме (режиме горения), используя высокоэкзотермические смеси Nb 2 O 5 с Al, Si, Hf и Ti. Было обнаружено, что в волне горения гафний активно участвует в восстановлении Nb 2 O 5 , что усложняет его введение в КМ. Настоящая работа направлена на изучение возможности синтеза методами центробежной СВС-металлургии композиционных материалов на основе Nb с высоким содержанием Hf. В экспериментальных исследованиях, проведенных на центробежной установке под воздействием перегрузки 40 g, было показано, что замена активного Hf на менее активные его соединения Hf-Al или Hf-Ti-Si-Al в составе смесей Nb 2 O 5 /Al позволяет перевести горение смеси из взрывоподобного режима в режим стационарного горения. С увеличением размера гранул Hf-Al от 0-40 до 160-300 мкм в смеси содержание Hf в КМ возрастает от 1,3 до 3,8 мас.%. Введение в исходную шихту гранул Hf-Ti-Si-Al с размером частиц от 1 до 3 позволяет получать литые КМ на основе силицидов ниобия с содержанием Hf до 8,1 мас.%. Методами электронной микроскопии и рентгенофазового анализа определены интегральный состав и распределение базовых и примесных элементов в структурных составляющих литых КМ, а также их фазовый состав. Композиционные материалы с максимальным содержанием Hf (8,1 мас.%) содержат 3 структурных составляющих: (1)-основу, которая включает Nb, Si, Ti; (2)-межзеренные границы, содержащие Nb, Ti и Al; (3)-включения на основе оксида гафния. На рентгенограмме КМ выявлены 3 фазы: твердые растворы на основе Nb и Nb 5 Si 3 , а также небольшое количество Nb 3 Si.