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本实验通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱分析(EDS)、三维原子探针(3DAP)及差示扫描分析(DSC)等方法研究了Ti含量(0、0.5、1wt%)对含Re(3wt%)镍基单晶高温合金铸态、热处理态和长期时效过程中组织变化及高温持久性能的影响。并运用Thermo-Calc和Materials Studio软件从理论角度研究Ti含量对合金的影响。研究结果表明:随着Ti含量增加,合金铸态组织中,共晶含量增多,枝晶排列规则度下降,合金初熔温度及固相线与液相线都随Ti含量增加而降低。三种合金枝晶间区域均有少量MC碳化物生成。经固溶及两次时效处理后,A、B合金中大块共晶组织全部消除,而C合金枝晶间处仍有共晶未溶解。随Ti含量增加,合金中γ′相尺寸增大,且γ′相规则度下降,C合金中有少量针状μ相析出。三维原子探针表明:Ti含量增加,使Mo、Cr、Re等元素偏聚于γ相倾向增大,明显改变元素在两相中的分配比。由于分配比的改变,使γ/γ′两相错配度随Ti含量增加绝对值增大。由第一原理计算得,Ti降低Re元素在基体中的形成能。在1093℃长期时效过程中,γ′相随时效时间延长尺寸增大,逐渐形筏粗化,时效至100h时,A合金仍保持较好的立方度,三种合金长期时效后γ′相总含量降低。随Ti含量增加,γ′相粗化速率增大,μ相析出时间提前。随时效时间延长,A合金中μ相数量不断增加,时效至1000h时在B,C合金γ′相含量降低且μ相数量减少。982℃/248MPa及871℃/552MPa条件下,合金持久寿命随Ti元素含量增加明显降低,均为微孔聚集型断裂,Ti的加入提高了合金的延伸率。982℃/248MPa条件下,断裂试样随Ti含量增加γ′相规则度降低,μ相数量增多。871℃/552MPa条件下,部分裂纹萌生于碳化物与基体界面处。