镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的首选材料,其设计特点是添加大量的难熔元素和昂贵的稀土元素进行强化,来提升合金的高温性能。但这些合金元素的加入引起单晶组织稳定性差、合金密度增大、成本高等一系列问题,从而严重的制约着镍基单晶高温合金在工业中的应用。为了挖掘现有低成本镍基单晶高温合金的性能潜力,本课题组对镍基单晶高温合金DD5的原有的成分进行了改进,熔炼加入了微量元素C(0.05%),B(0.04%),Y(0.078%)。通过对其热处理组织,高温拉伸性能和疲劳性能的研究,为该类单晶合金的其他力学性能研究提供参数依据和理论依据具有重要意义。通过高速冷却定向凝固技术和选晶法制备了取向为[001]的低铼镍基高温合金DD5的单晶试棒,通过对其热处理工艺和组织优化。结果表明:优化固溶热处理参数为:1280°C/2 h+1315°C/2 h+1320°C/2 h+1325℃/6 h,AC;优化时效处理参数为:1120°C/4 h,AC+900°C/24 h,AC。经此热处理处理后γ′相形貌呈规则的立方状,排列有序,平均尺寸约为0.50 um,分布均匀,γ基体的通道清晰,γ′相的总体积分数约为68.9%。研究了不同热处理态的单晶合金DD5的高温拉伸性能。通过对三种单晶试样的应力-应变曲线、断口形貌和γ′相形貌的观察与分析表明:单晶合金经优化热处理,单晶合金的高温拉伸性能有了明显的提高。呈规则分布立方状的γ′相使合金获得了均匀的变形结构,加强了γ′相对位错的阻碍作用,提高γ′相的强化效果,使单晶获得了高的强度。对单晶合金DD5的第二取向的热疲劳行为进行了研究。在20-900℃和20-1000℃下,对第二取向[110]和[100]的试样进行热疲劳实验,结果表明:[100]取向的试样的抗疲劳性能优于[110]取向的试样,单晶合金DD5的第二取向[100]和[110]的试样的热疲劳裂纹的萌生和扩展方向相同,即热裂纹优先在与定性向凝固方向呈45°的圆形缺口壁处萌生并沿此方向扩展;单晶高温合金组织中的残余共晶,碳化物及缺口周围的氧化层加速了热疲劳裂纹的扩展。对单晶合金DD5低周疲劳行为进行了研究,试验采用轴向拉伸疲劳,应力比为R=0,实验温度为760℃,总应变幅为△ε_t=0.8%、1.0%,实验温度为850℃,总应变幅为△ε_t=0.6%、0.8%。通过对低周疲劳循环变形行为、断口特征和组织形貌观察和分析。结果表明:在760℃和850℃,单晶DD5在循环加载过程中发生了循环软化;疲劳裂纹起源于试样表面或次表面以及试样内部的疏松缩孔等缺陷处,有多个疲劳源;河流状花样和解理台阶的存在,说明单晶合金DD5在760℃和850℃的疲劳断裂是沿着{111}滑移面的脆性解理断裂。