钴基高温合金因其具有较高的熔化温度、优异的抗热疲劳以及抗热腐蚀性能,广泛应用于航空发动机中导向叶片材料。热疲劳是导向叶片最主要的失效形式之一。热疲劳裂纹主要萌生于碳化物和晶界处,并且会沿着碳化物和晶界扩展。为了提高合金的热疲劳性能,需要探索改善碳化物和晶界形态的途径。热处理是影响碳化物类型、形貌、尺寸以及分布的重要手段。本文重点研究了热处理条件下DD640M和DD6509两种钴基高温合金碳化物组织演变规律及其对热疲劳行为的影响,并关注了相应条件下合金持久性能的变化规律。另外,为避免晶界对碳化物演变产生影响,合金应用单晶凝固技术制备。同时,晶界的消除也有利于合金热疲劳性能的提高。本研究为钴基高温合金的发展和应用提供理论基础。DD640M合金的铸态组织为粗大的富Cr网状M₇C₃和富Ta、Zr的骨架状MC的两种共晶碳化物。在1140～1260℃/4h热处理过程中,随着温度升高初生碳化物的数量和尺寸逐渐减小。另外,热处理过程中发生了 M₇C₃→M23C6反应以及MC碳化物的蜕化。本研究中首次揭示M₇C₃碳化物以原位方式向M23C6碳化物发生转变。M23C6碳化物在M₇C₃碳化物和基体界面处形核并朝着M₇C₃碳化物长大。初生MC碳化物在热处理过程中发生蜕化释放大量的W和Ti,温度较低时分解形成M6C碳化物,温度较高时则仅以固溶形式发生蜕化。DD6509合金的铸态组织为粗大的富Ta骨架状MC和富Cr不规则块状M23C6两种共晶碳化物。在1260～1330℃/4h热处理过程中,初生碳化物逐渐发生溶解。初生M23C6碳化物在1300℃/4h热处理时完全溶解到基体中,另外,高温下部分骨架状MC碳化物分解成颗粒状。固溶处理促进DD640M和DD6509合金在1000～1200℃时效条件下析出更均匀更细小的二次碳化物。DD640M合金基体中只析出二次M23C6碳化物;DD6509合金中析出二次MC和M23C6碳化物,其中二次MC碳化物分布在基体中而二次M23C6碳化物分布在碳化物周围。DD640M合金初生M₇C₃共晶碳化物在1280℃发生熔化,重凝组织为片层更细的M23C6共晶碳化物。M₇C₃共晶碳化物的熔化过程为M₇C₃碳化物先转变成M23C6碳化物再发生熔化。初生MC共晶碳化物在1320℃发生熔化,重凝后形成骨架更细的MC共晶碳化物。DD6509合金中初生M23C6共晶碳化物熔化发生在1335℃以及MC共晶碳化物熔化发生在1340℃。本研究首次关注了钴基高温合金中初生共晶碳化物的熔化现象,为优化钴基高温合金的化学成分以及微观组织提供借鉴。采用合适的热处理方法可有效改善DD640M和DD6509合金的热疲劳性能。其中,DD640M 和 DD6509 合金分别在 1260℃/24h 和 1330℃/24h+1100℃/100h热处理后热疲劳性能提高最为明显。热处理使得合金中碳化物更加弥散和细化,减缓热疲劳裂纹萌生与扩展,从而提高合金热疲劳性能。DD640M和DD6509合金高温固溶处理后持久寿命均有提高,其缘于热处理后获得良好的组织稳定性、细小MC碳化物以及过饱和固溶体。DD640M合金铸态样品在高温持久过程中发生了 M₇C₃→M23C6, M23C6→M6C和MC→M23C6转变。热处理使得钴基高温合金热疲劳性能和持久性能均得到显著提高,这改变了热处理对钴基高温合金性能影响有限的认识,钴基高温合金热处理应该得到应有的重视。两种合金的成分差异影响合金碳化物组织的组成和稳定性。DD6509合金的热疲劳性能和高温持久性能均优于DD640M合金,归因于DD6509合金更加稳定的碳化物组织、较高的碳化物含量和二次MC碳化物的析出。