本文包括以下主要内容：基于GTD111和IN738合金成分分别设计了三种成分略有差别的DK3、DK4和DK5多晶合金，研究了化学成分对合金组织和力学性能的影响；合金DK5中σ相和η相在铸造过程中的形成机制；合金DK3中η相在热处理过程中的析出机制；以及Re元素添加对AM3高温合金定向凝固行为的影响。　　 鉴别了三种多晶合金铸态组织中的微量相，发现合金DK3共晶边缘生成条块状η相，合金DK4和DK5共晶边缘生成条块状η相和粒状σ相。枝晶间高的Ti/Al比使铸态η相的形成倾向增加。当合金化学成分中(Ti+Al)值较大时，不规则粒状σ颗粒将在共晶边缘形成。　　 对DK3、DK4和DK5合金进行了1100℃2小时加843℃6小时的热处理。发现在固溶处理过程中，在合金DK3中共晶区域发生γ→η相相变，η相在共晶冠内富Ti的粗大γ颗粒内形核，并以片状形貌向共晶内部生长；在合金DK4和DK5中，铸态存在的粒状σ相转变为γ相，并呈现锯齿状的σ/γ相变界面。热暴露过程中，合金DK3中γ→η相相变继续发生，并伴随着M23C6颗粒在η相相界处生成；合金DK4和DK5中在枝晶间区域发生大量的片状σ相析出。在铸态存在的粒状σ相导致合金DK4和DK5的组织不稳定，由粒状σ相转变得到的γ相为片状σ相的沉淀析出提供了形核位置。三种合金拉伸力学性能受枝晶间微量相的影响，在合金DK3微观组织中存在的块状或片状→η相降低了其拉伸强度。而在合金DK4和DK5由于无片状→η相在热处理过程中形成，它们具有与对比合金GTD111相当的拉伸强度。　　 通过透射电镜观察对合金DK5中铸态形成的粒状σ相和条块状η相进行了观察。发现粒状σ相与γ相无晶体学取向关系，判断其形核位置应为凝固结束阶段的残余液相，其长大机制可能与准晶相在快速凝固过程中的长大机制相同，通过吸附原子团簇长大。η相具有规则块状形貌，且与γ相存在明显的晶体学取向关系，其形成过程应为在凝固结束后从富Ti的枝晶间区域的固态沉淀析出过程。　　 对合金DK3固溶处理过程中η相相变机制进行了研究。发现η相在γ相内层错上形核，并通过超不全位错的滑移生长。η相与γ相存在{0001}η//{111}γ，[1210]η//[110]γ的晶体学取向关系。两相在相界面处共有一层原子，相界为半共格界面。合金元素Hf，Ti在Ni3Al晶体结构中的引入降低了γ相层错能，促进了γ→η相变的发生。　　 在AM3合金中添加了不同含量的Re元素，经定向凝固后，对铸态金相组织及元素偏析进行了定量分析。发现Re元素的添加加剧了元素Al、Ti、Ta和W等的显微偏析，化学成分中Re元素含量越高，合金中元素的显微偏析越严重。定向凝固AM3合金的一次枝晶间距由提拉速率决定，提拉速率越快，一次枝晶间距越小。添加Re元素对一次枝晶间距无明显影响。共晶体积分数随提拉速率和Re含量的增加而增加，Re元素的添加对共晶体积分数的影响更加明显。