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本文分别设计和制备出4%W-6%Mo/无Ru、6%W-6%Mo/无Ru和6%W-6%Mo/2%Ru不同成分镍基单晶合金,通过蠕变性能测试、组织形貌观察及位错组态的衍衬分析,研究了单晶镍基合金的蠕变行为及影响因素,及各自合金在蠕变期间的变形与损伤机制。通过原子探针测定元素在?(14)??两相的浓度分布及测算不同合金中?(14)??两相的晶格常数和错配度,研究了Ru改善镍基单晶合金蠕变抗力的作用机理。结果表明,随抽拉速率提高,合金中一次/二次枝晶间距和成分偏析减小,蠕变抗力提高;随浇铸温度提高,合金的一次/二次枝晶间距减小,Al和Ta在枝晶间/干的偏析系数提高,W、Cr和Mo的偏析系数降低;选用抽拉速率和浇铸温度分别为0.08mm/s和1550℃,合金可获较好的蠕变抗力和寿命。不同成分铸态合金的(001)晶面均呈现典型的“+”枝晶花样,元素Ta和W分别偏析于枝晶间和枝晶干,分别为最大正、负偏析元素。元素Ru在枝晶干/间区域无明显偏析,但可降低其他元素在枝晶干/间的偏析程度。经过1315℃固溶处理后,各元素的偏析程度大幅降低,合金可获得较好的蠕变性能。其中,4%W-6%Mo/无Ru单晶合金在760℃/800MPa蠕变寿命为354h,在1040℃/137MPa蠕变寿命高达556h,测定出合金在上述温度稳态期间的蠕变激活能分别为Q=458.3kJ/mol和Q=420.9kJ/mol。元素W含量由4%提高至6%,合金在长期时效和蠕变性能测试期间均有大量针状μ相析出。该析出相富集难熔元素,破坏了合金组织的连续性,易于引起应力集中和促进裂纹的萌生和扩展,是合金蠕变强度的薄弱环节。其中,析出的针状μ相可大幅度降低合金的蠕变性能,与4%W-6%Mo合金相比,6%W-6%Mo合金在1040℃和800℃的蠕变寿命分别降低了67%和41.1%。6%W-6%Mo合金的基础上添加2%Ru,可促使较多Al、Ta等γ’相形成元素溶入γ基体相,促使Cr、Co、Mo、W等γ基体相形成元素较多溶入γ’相,是元素Ru抑制合金中析出TCP相的主要原因。与4%W-6%Mo合金相比,2%Ru-6%W-6%Mo合金在1100℃/137MPa的蠕变寿命由68h提高到125h。其中,元素Ru可抑制TCP相析出,提高合金中γ/γ’两相的合金化程度和错配度,是使含Ru单晶镍基合金具有较好高温蠕变性能的主要原因。不同成分合金在蠕变期间具有相同的变形和损伤机制。其中,合金在中温蠕变期间的变形机制是位错在基体中滑移和剪切进入γ’相,剪切进入γ’相的位错可发生分解,形成不全位错加层错的组态,也可交滑移至{010}面形成K-W锁。随蠕变进行到后期,主/次滑移系的交替开动,致使扭曲的γ/γ’两相界面出现微孔洞,随蠕变进行,扭曲程度加剧,微孔洞增多并聚集,形成裂纹源,并沿垂直于应力轴方向扩展,一旦不同横截面裂纹由撕裂棱相互连通,合金可发生宏观蠕变断裂,是合金在中温蠕变期间的损伤与断裂机制。合金在高温稳态蠕变期间的变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过γ’相。随蠕变进行至加速阶段,主/次滑移位错的交替开动,致使位错在?基体通道中滑移和剪切进入筏状??相,使??相的强度降低,并发生裂纹的萌生与扩展,直至发生宏观蠕变断裂,是合金在高温蠕变期间的损伤与断裂机制。