低膨胀高温合金广泛用于燃气轮机和蒸汽涡轮发动机的密封环、隔热环、机匣和其他结构部件,能严格控制发动机叶片和静止部件的间隙,从而方便设计和提高燃油效率。为保证较低的热膨胀系数,这类合金一般含Cr量低。但低Cr导致其抗氧化性较差,在高温氧化和应力交互作用下,引起性能降低,并容易出现缺口敏感性。而利用微量元素的晶界偏聚特性,往往能明显改善变形高温合金的力学性能和缺口敏感性,但目前关于微量元素在Fe-Co-Ni基低膨胀高温合金体系中的研究还很少。　　 本文研究了B和Zr对降低Cr提高Al的改型Thermo-Span合金与P对IN783合金组织和性能的影响,以考察B、Zr和P在Fe-Co-Ni基低膨胀高温合金体系中的作用,为进一步优化低膨胀高温合金的性能提供指导。因此,本研究具有重要的理论意义和实用价值。　　 对B和Z晗量不同的新型Thermo-Span铸态合金的研究结果表明,B在凝固过程中向枝晶间强烈偏聚,对合金的后期凝固行为产生显著影响。B与Nb共同偏聚,但B又不固溶于富Nb的Laves相中,因而增加B抑制Laves相的析出,并降低其析出温度。当凝固温度降至1127℃附近,合金以析出富Nb和Ti的硼化物共晶结束凝固过程。Zr促进Y-(Zr,Ti)2 S相析出,具有净化合金作用。根据共晶硼化物和Layes相的熔点及溶解规律,确定合金的均匀化制度为1100℃×4h+1200℃×25h。　　 在标准热处理态合金中,B促进NbCoB相的析出,抑制Laves相的析出。B对新型合金热膨胀系数影响不大。B提高新型Thermo-Span合金持久性能,消除其缺口敏感性,其主要因为是B提高晶界结合力,阻碍晶界裂纹的萌生和扩展。高B的含Zr新型合金的室温拉伸强度明显高于Thermo-Span合金,650℃拉伸强度稍低于Thermo-Span合金,光滑和缺口持久性能优于Thermo-Span合金,抗氧化性能与Thermo-Span合金相当,但热膨胀系数明显低于Thermo-Span合金。此外,含B和Zr的新型合金在900℃时变形抗力低、具有超塑性,使得新型合金具有较宽的热加工温度范围。　　 650℃长期时效过程中,新型合金的γ相长大速度低于Thermo-Span合金；含Nb新型析出相的析出量少于Thermo-Span合金。Thermo-Span合金的650℃拉伸屈服强度衰减速度明显高于新型合金,因此时效1000h后,各合金的拉伸性能基本相当。650℃时效1000h后,含B新型合金的650℃/600MPa光滑持久寿命明显高于Thermo-Span合金,且各合金均无缺口敏感性。γ相的粗化降低晶内强度,以及拉伸和持久性能。晶界相的进一步析出,使抗缺口敏感性能提高。由于高B新型合金的γ相更加稳定,晶界析出行为受长期时效影响较小,因此高B的含Zr新型合金具有更好的组织性能稳定性。　　 对IN783合金凝固行为及P的影响的研究结果表明,IN783合金的凝固顺序为:L→L+γ→L+γ+β→γ+β+Layes。在γ相析出后,Al在枝晶间偏聚,促进大块β相析出。随着合金继续凝固,Nb在枝晶间偏聚程度增加,导致Laves相在117～1180℃析出。P对合金终凝温度影响不大,但促进板条状Laves/γ共晶的析出。铸态IN783合金中的Laves相在1160℃的均匀化过程中快速回溶,β相在1180℃均匀化过程中快速回溶。含P的IN783合金,在1160℃均匀化处理时,Laves/γ共晶快速回溶,会导致富P相析出,且随保温时间延长,P富集度增大,富P相明显长大。含P的IN783合金的均匀化制度为1160℃×12h+1180℃×24h+1200℃×6h。　　 对IN783合金β和γ相析出行为的研究结果表明,845℃时效过程中,析出大量尺寸约60nm的γ相,纠正了过去认为该温度下不析出γ相的结论。随后的标准时效处理过程中,在析出细小γ相的同时,粗γ相发生长大,并由球形转化成立方形,形成立方形粗γ相和球形细γ相共存的组织。延长845℃时效时间,β相的析出明显增加。β相析出消耗大量Al,其周围形成只有细γ相析出的区域。随着845℃时效时间的延长,该区域明显扩大。γ相的充分析出,使得合金的硬度、室温和650℃拉伸强度明显增加。　　 P促进IN783合金热处理组织中晶界β相和磷化物相的析出,降低合金的持久寿命。通过在1200℃处理完全消除β相和磷化物相的实验证实,P降低合金晶界强度是恶化合金持久寿命和拉伸塑性的主要因为。磷化物相易被氧化,但不是恶化性能的主要因为。