镍基单晶高温合金是制备先进航空发动机高压涡轮叶片的主要材料,而合金化则是提高单晶高温合金承温能力的重要手段。过去30年内,高性能镍基单晶高温合金主要依靠添加Re等难熔元素提高合金的承温能力。但合金化在显著提高合金性能的同时,也带来了组织稳定性降低、合金密度过高等负面作用,尤其是贵金属元素的添加所带来的成本攀升问题成为了阻碍合金投入实际生产使用的主要因素之一。因此,理清典型合金元素在高温合金中的强化效应及机理可以为高性价比镍基单晶高温合金的成分设计提供重要的理论支撑。本实验通过调整一种含铼第二代单晶高温合金不同强化类型合金元素的含量制备了五种实验合金,研究了典型合金元素含量变化对实验合金显微组织的影响并检测了实验合金在多种试验条件下的拉伸性能、持久性能及其组织变化。主要结果如下:经完全热处理后,实验合金中成分偏析及共晶组织几乎完全消除。五种实验合金中,合金元素添加量最高的这种合金的显微疏松体积分数最小、γ’强化相尺寸最小、γ’相分布和立方度最优。本实验中选用的五种实验合金中合金元素添加量之间的差异并不会对合金拉伸断裂及持久断裂机理造成显著影响。决定拉伸断裂及持久断裂发生机制的主要因素是试验条件。合金元素对合金力学性能的影响主要体现在不同强化类型合金元素含量对实验合金内部显微疏松等铸造缺陷形成的影响。五种实验合金表现出的力学性能也都与其显微组织特征相对应。五种实验合金中合金元素添加量最高的实验合金的抗拉强度和持久寿命最高,但在成分基线的基础上只增加了沉淀强化元素含量而未增加固溶强化元素含量的实验合金的塑性反而要更好一些。这两种合金所表现出的力学性能差别不大,所以在实际生产制造过程中,当两者的力学性能参数均能满足项目提出的服役要求时,合金元素添加量较少的合金更能节约生产成本,更适合于实际生产中推广使用。