本文研究了镍基单晶高温合金在热处理过程中的γ’相析出行为和高温低应力条件的蠕变力学行为,并基于CALPHAD方法对其动力学行为进行了数值模拟。利用SEM和Image-Pro Plus图像分析软件对DD5和DD91合金在热处理过程中γ’相尺寸、体积分数和粒子数密度演化进行统计分析。结果表明,在高温和低温时效热处理过程中,立方状γ’相的平均尺寸增长规律符合LSW理论,体积分数上升,粒子数密度下降。由于合金在时效过程中未达到热力学平衡态,γ’相持续析出并呈现出“大吞小”的粗化特征,称之为“伪粗化”或者“竞争性长大”。针对该现象,提出了一种基于经典形核理论、扩散定律和Gibbs-Thompson效应,可同时解释析出过程中γ’相平均尺寸、体积分数和粒子数密度演化的数值模型。模型中的热力学参数如化学势、扩散系数和相成分分配可通过CALPHAD方法结合Thermo-Calc软件计算得到。结果显示该模型不仅能够精准预测时效过程中多组元合金体系γ’相尺寸、体积分数和粒子数密度演化规律,而且能够解释准粗化行为和元素偏析现象。利用SEM和TEM对DD5合金在高温低应力蠕变过程中发生的显微组织演化和位错运动机制进行研究,并分析蠕变行为与变形特征之间的关系。该条件下的蠕变曲线可分为减速和加速两个阶段。在蠕变初期,形筏的γ’相界面处形成周期性致密位错网,γ基体内的位错运动受阻,蠕变减速。随后,大量位错攀移导致的回复/软化现象使得界面位错网阻碍作用降低,蠕变减速放缓。在蠕变中末期,受显微组织退化和两相界面位错塞积效应影响,大量超位错伴随反相畴界切割形筏的γ’相,破环界面位错网和γ’相超晶格结构,蠕变速率增大。一种基于状态变量方式、融合上述特征的蠕变动力学模型随后被提出,该模型中的热力学参数如扩散激活能和反相畴界能均可利用CALPHAD方法结合Thermo-Calc软件计算得到。结果显示该模型能准确预测DD5合金在不同温度和应力条件下的蠕变行为。