NiAl基合金作为航空航天发动机的高温结构候选材料,室温塑性和高温强度的不足限制了其应用。利用合金化方法可以有效改善NiAl基合金的使用性能,为其广泛应用提供了突破口。本文以铸态NiAl-Cr(Mo)-Zr合金与NiAl-Cr(Mo)-Co合金为研究对象,首先利用Jmatpro软件模拟计算的合金相图与性能数据确定NiAl基合金成分配比,随后使用电弧炉制备合金锭,分析合金元素Zr、Co的添加含量对试样的组织演变影响规律及力学性能强化机理。选取两种合金元素的最优添加含量,设计了NiAl-Cr(Mo)-Zr-Co合金,分析了两种元素对合金组织性能的耦合作用规律与机理。通过对比NiAl-Cr(Mo)-Zr、NiAl-Cr(Mo)-Co与NiAl-Cr(Mo)-Zr-Co三类合金的Jmatpro模拟计算结果,综合考虑室温屈服强度、塑性及固相线温度等因素,确定了Zr与Co的单独添加含量分别在0-1at.%及1-5at.%范围内,耦合添加含量分别在0.3-0.7at.%范围内及1at.%左右。实验结果表明,Zr元素对NiAl基合金室温强度的提高有利,含量为0.7at.%时合金具有最高的抗压强度(1903MPa),但塑性延伸率有所降低(0.127)。Co元素有利于提高NiAl基合金的室温塑性与抗压强度,含量为1at.%时合金具有最高的塑性延伸率(0.251)与抗压强度(2145MPa)。耦合添加Zr、Co元素可使NiAl基合金实现强韧化,Zr、Co分别添加0.5at.%和1at.%时合金具有最佳的塑性变形量与抗压强度,分别为0.230和2239MPa。Zr元素在NiAl-Cr(Mo)合金中以固溶与Heusler相的形式存在,是合金强度提高的主要原因。Zr元素对NiAl-Cr(Mo)合金显微组织及力学性能的影响机理主要体现在以下几个方面:(a)Zr的扩散可抑制片层结构的纵向生长,Zr元素含量越多,片层尺寸越大,合金的抗压强度与塑性越差。(b)Zr元素在NiAl相和Cr(Mo)相中的固溶度较低。随着Zr元素含量的增加,Heusler相含量逐渐增加,有利于合金抗压强度的提高。(c)Zr元素含量达到1at.%时,Heusler相在共晶胞边界处由点状弥散分布逐渐转变为连续的三维网状分布,裂纹易于扩展,使性能降低。Co元素在NiAl-Cr(Mo)合金中具有较大的固溶度,对NiAl-Cr(Mo)合金显微组织及力学性能的影响机理归结为以下几点:(a)随Co元素含量的增加,固溶强化效果逐渐提高。(b)1at.%Co元素添加会使片层尺寸减小,可以提高合金的塑性与抗压强度。(c)当Co元素含量在2at.%以上时,合金的成分偏离共晶点,形成了大量的先析出NiAl相,使合金的强度与塑性下降。Zr和Co元素的共同添加对NiAl基合金微观组织与力学性能的影响并不独立,存在以下几点耦合作用:(a)NiAl-Cr(Mo)-Zr-Co合金中形成了先析出NiAl相;随Zr元素含量的增加,Heusler相的形成消耗了Ni原子与Al原子,使先析出NiAl相含量逐渐降低,有利于合金强度与塑性的提高。(b)共晶胞内部为层片状与豹纹状的混合形貌,片层尺寸随Zr含量的增加逐渐粗化,对合金的强度与塑性不利。(c)Co元素促进共晶胞内Zr元素的排出,使Heusler相含量增加,有利于提高合金的强度。