镍基高温合金具有优良的高温力学性能、组织稳定性和抗腐蚀性能,是先进航空发动机涡轮盘等关键部件的首选材料。FGH98合金是我国正在研制的先进航空发动机涡轮盘用第三代镍基粉末高温合金,其航空发动机涡轮盘制备工艺路线为:氩气雾化制粉+热等静压+热挤压+等温锻造+双性能热处理,其中与热变形和热处理等制备工艺、微观组织、性能表征、化学成分优化设计等密切相关的若干问题,亟待进一步的深入研究。本论文有针对性地重点研究了热挤压态FGH98合金的热变形行为及其对后续热处理态组织演变的影响特点与规律、加热-保温-冷却过程中γ’相溶解与析出行为及规律、拉伸和蠕变性能表征及拉伸变形机制与蠕变变形机制,以及FGH98合金化学成分评估与可能的优化方向等内容。本文首先采用热模拟技术研究了热挤压态FGH98合金的热变形行为及其对后续热处理态组织的影响,采用的变形温度、应变速率和真应变分别为1060～1165℃、0.005～10 s-1 和 0.7。发现 1060～1130℃,应变速率 0.005～0.02 s-1是其最佳等温锻造热变形工艺窗口,此范围内变形,合金可发生超塑性变形或完成完全动态再结晶,并获得均匀细小的等轴晶粒组织(1.8～4.3 μm),后续在1140℃亚固溶处理20 min后进而获得尺寸为4.1～6.2 μm的细小均匀的等轴晶组织,在1180℃过固溶处理20 min后则获得尺寸为20.3～28.4 μm的均匀等轴晶组织。而在高温低应变速率下,合金会发生应变硬化,形成不规则、不均匀的晶粒组织并在后续热处理中遗传下来。在过固溶处理过程中,未完成完全动态再结晶的变形试样中已完成动态再结晶的晶粒直接长大,而未完成动态再结晶的晶粒发生静态再结晶,形成细小晶粒,从而造成晶粒尺寸不均匀。采用中断加热和中断冷却实验研究了等温锻造态FGH98合金加热(10℃/min)和冷却(40℃/min)过程中γ’相溶解和析出相行为,并采用快速加热(200℃/s)的方式将试样加热至1109、1140和1172℃保温不同时间,研究保温过程中γ’相的溶解行为。发现γ’相溶解行为受γ’相成分、尺寸、γ/γ’界面共格应力以及基体位错含量影响。利用JMAK方程建立了保温过程中γ’相的溶解动力学方程。拟合得到了二次γ’相平均尺寸和面积分数在40 ℃/min冷却速率下随温度变化的关系式。采用三维原子探针分析了冷却析出的二次和三次γ’相与周围基体的成分分布,发现在二次γ’相周围存在Al、Ti等γ’相形成元素的贫化区,而三次γ’相周围没有,实验验证了连续冷却过程中γ’相析出行为受合金元素过饱和度和γ/γ’相之间元素再分配的共同控制。采用扫描电镜和透射电镜研究了过固溶处理FGH98合金室温和高温(650/750/815℃)拉伸变形行为和变形机制,发现随着变形温度的升高,合金层错能降低,主要拉伸变形机制从a/3<112>不全位错剪切形成层错机制向形变孪生机制转变。提出了 a/3<112>不全位错剪切γ’相形成层错与微孪晶共存的高温拉伸变形机制。解释了层错剪切的强化机理,和形变孪生的强韧化机理。另外研究发现γ’相尺寸增大促进了合金750℃拉伸变形机制由层错向形变孪生转变,提高合金塑性。研究了过固溶和亚固溶处理后合金的蠕变性能和蠕变机制,发现750℃/570 MPa下粗晶组织抗蠕变性能优于细晶组织,在低温高应力(650℃/870MPa)作用下,Orowan绕过和层错是主要蠕变机制;在中温中应力(750℃/570MPa)作用下,层错和形变孪生是主要蠕变机制;在高温低应力(815℃/400MPa)作用下,位错攀滑移是主要蠕变机制,蠕变机制主要受变形温度控制。最后,利用Thermo-Calc热力学软件和TTNi8数据库,以及经验公式,分析了单个合金元素以及特定合金元素组合对FGH98合金的相组成和性能的影响。在评估FGH98现有合金成分合理性基础上,提出了可考虑在Mo和W总含量不变的情况下,适当地增加W含量,降低Mo含量,以进一步提高合金的组织稳定性和合金的固溶强化。