航空发动机作为尖端制造技术的代表,代表了一个国家的综合科研实力,尤其它特殊的工作环境,对结构材料提出了极高的要求。Nb-Si合金相较于传统的镍基合金,具有更高的熔点、更大的强度以及更小的密度,是作为下一代航空发动机结构材料的理想选择之一。Nb-Si合金具有优异的室温和高温力学性能,其室温及高温压缩强度在经过合金元素固溶强化后能轻松达到发动机结构材料的使用要求。但目前室温断裂韧性偏低是制约Nb-Si合金工业应用的主要因素之一,尤其在铸态下其室温断裂韧性较低。所以结合已有研究,本文主要通过合金化手段,力求在保证合金压缩强度的前提下,对Zr、Hf对Nb-Si合金的力学性能影响规律及机理进行研究,主要从相组成、组织特点及合金元素分布规律等方面对合金的强韧化机理进行分析研究,并利用热力学有关知识就Nb-Si-Ti三元系中的硅化物相析出特点进行了理论计算,为将来更细致深入的研究做了理论的铺垫。组织方面,本文就合金元素Zr替换Hf对Nb-16Si-16Ti-xZr-yHf合金的影响规律进行了研究,研究结果发现,合金元素Zr代替Hf对均匀合金组织有很大作用,在Zr逐渐替换Hf的过程中,合金组织中的中间相Nb₃Si含量出现明显降低,取而代之的是Nb₃Si分解形成的具有更好综合力学性能的平衡硅化物相Nb₅Si₃,同时,Zr替换Hf还促进初生相Nbss的面积占比及尺寸发生变化,尤其在Zr完全替换Hf以后,合金组织中的Nbss相平均尺寸达58.71μm,软韧相尺寸的增大对合金室温断裂韧性的提高会产生有利影响。本文还就合金元素Hf对Nb-16Si-16Ti-4Zr合金组织影响进行了研究,研究发现,在相组成上,Hf可以促进Nb-16Si-16Ti-4Zr合金组织中体心四方结构硅化物α-（Nb,X）₅Si₃向六方结构硅化物γ-（Nb,X）₅Si₃转变。组织上,一定含量的Hf（≤3at.%）能提高组织中Nbss相比例,且Hf能促进组织中Nb₃Si的分解,随着Hf含量的上升,合金中的Nbss/（Nb,X）₅Si₃共析组织由短棒状或长条状演变成尺寸较大的块状发展,当Hf含量≥33%以后,合金中的Nbss/（Nb,X）₅Si₃共析组织与初生相Nbss相互连在一起,致使初生和共析组织中的Nbss难以分辨。在元素分布规律上,Hf含量≤32at.%时,会促进Ti向（Nb,X）₅Si₃中固溶,当Hf含量大于2at.%时,促进Ti向Nbss中富集,而整体来看,合金元素Zr和Hf则主要是在两种硅化物相中富集。综合分析两个成分的组织特征,发现Zr的存在对与发挥Hf优化合金组织的作用非常重要。力学性能研究方面,本文主要就合金化对Nb-Si合金室温断裂韧性及室温压缩性能的影响规律进行了研究。首先就Zr替换Hf对Nb-16Si-16Ti-x Zr-y Hf合金力学性能的影线进行了研究,研究发现,Zr替换Hf对合金室温断裂韧性产生有利影响,合金的KQ值随着Zr替换Hf而持续增大,主要原因是Zr替换Hf提高软韧相Nbss含量、优化了合金组织,而且合金元素Zr替换Hf使Nbss相尺寸增大,形貌上从具有高长径比的长条状向球状转变,提高Nbss相的连续性,阻碍了裂纹的扩展过程。同时由于Zr具有比Hf更强的固溶强化作用,因此Zr替换Hf让合金的室温压性能出现一定程度的上升。本文还研究了Hf对Nb-16Si-16Ti-4Zr合金力学性能的影响规律,发现Hf对和Nb-16Si-16Ti-4Zr合金室温断裂韧性的影响与Hf的加入量有关,当Hf加入量≤32at.%时,对合金的室温断裂韧性不利,Hf含量高于2at.%时使合金KQ值上升,因为高含量的Hf促进长条状Nbss长大成彼此相连的大块状对断裂韧性有利;同样,低含量的Hf会降低Nb-16Si-16Ti-4Zr合金的室温压缩强度,但当Hf加入量较高（4at.%）时会使合金的压缩强度高于基体合金。本文还结合Miedema生成热模型和Toop方程对Nb-Si-Ti三元系合金中的硅化物相Nb₅Si₃的析出反应的热力学特点做了理论计算与分析,建立了Nb₅Si₃析出反应发生时Gibbs自由能变化?G与温度T的函数关系,并得到了Nb₅Si₃的理论析出温度。