Ni基变形高温合金由于具备卓越的高温综合性能,被广泛用于制备航空发动机热端部件。随着航空发动机推重比的提高,其热端部件受热温度日益升高,对合金的性能及制备工艺均提出了更大的挑战。目前,传统的合金化方法提升高温合金性能虽然能够有效提高合金强度,但也会导致合金成本增加、回收困难、塑性加工性能急剧下降及热稳定性降低等一系列弊端,使传统变形高温合金陷入“强化易,变形难”的发展瓶颈。变形高温合金优异的力学性能主要源自内部γ′相的沉淀强化作用;同时,在低层错能合金中引入孪晶结构可以提高其强塑性。鉴于此,本课题组基于“材料素化”理念设计并制备了一种低合金化、低层错能的新型Ni基变形高温合金,旨在通过构筑“γ′相+孪晶”结构,同时提高变形高温合金的高温强度和塑性。因此,本文采用高温拉伸实验并结合OM,SEM,EBSD,及TEM等表征技术,重点研究新型Ni基变形高温合金中γ′相、孪晶结构和“γ′相+孪晶”结构的调控以及其对合金高温变形行为的影响,揭示合金微观组织与高温强塑性匹配间的关联机制,为新型Ni基变形高温合金的设计及优化提供理论参考。具体研究内容及结论如下:通过不同的热处理制度在合金中调控得到不同尺寸的γ′相,研究变形温度,应变速率和γ′相尺寸对合金高温变形行为的影响。结果表明,γ′相结构的毫米级粗晶高温合金在450～600℃的温度区间具备良好的塑性。当变形温度为600℃时,随着应变速率的增大,合金强度及塑性均呈上升趋势。此外,γ′相尺寸对合金高温变形机制影响显著,并将直接决定其力学性能,随着γ′相尺寸的增加,合金强度呈先提高后降低的趋势,塑性则先降低后提高。并且γ′相阻碍位错运动会引发动态应变时效导致合金出现锯齿流变（PLC）效应,在低温/低应变速率时出现正PLC效应,在高温/高应变速率时出现逆PLC效应,可以通过调整γ′相尺寸弱化。通过轧制变形及不同热处理在合金中调控得到尺寸及含量不同的孪晶结构,研究孪晶结构特征对合金力学性能的影响。结果表明,孪晶结构可以实现合金的室温强塑性匹配;但由于孪晶层片较厚,且晶粒尺寸较大,导致合金的高温力学性能较差。此时合金的高温强化机制为孪晶界与普通大角度晶界共同阻碍位错运动,固溶原子引发晶格畸变起固溶强化作用。在高温时晶界强度弱于晶内,位错在晶界附近的大量塞积会引起应力集中,裂纹会在此形核导致合金发生沿晶断裂。通过轧制变形及不同热处理在合金中调控得到“γ′相+孪晶”结构,研究“γ′相+孪晶”结构对合金高温力学性能的影响。结果表明,“γ′相+孪晶”结构新型Ni基变形高温合金的高温力学性能显著优于γ′相结构高温合金与孪晶结构高温合金。轧制变形后的高温退火虽然可以显著提高合金的再结晶程度,但退火温度过高时再结晶晶粒长大速度过快不利于控制合金晶粒度,细晶组织“γ′相+孪晶”结构高温合金在服役温度下的高温力学性能显著优于粗晶组织。并且退火后经单级时效处理的组织及高温力学性能均优于双级时效处理。为使新型Ni基变形高温合金的微观组织及高温力学性能得以优化,调整合金结构调控制度,分别通过降低退火温度并对比交叉轧制与单向轧制,延长时效时间,提高时效温度三种方式依次获得微观组织特征不同的“γ′相+孪晶”结构高温合金,研究调控制度对合金微观组织的影响及合金组织特征对其高温变形行为的影响。结果表明,退火温度降低至1050℃可以有效控制合金晶粒度。锻态合金经1090℃/1 h固溶处理,70%单向轧制,1050℃/60 min退火处理,760℃/24 h时效处理后,可以获得晶粒细小、孪晶层片厚度较小且γ′相呈细小弥散特征分布的“γ′相+孪晶”结构,能够实现高温强塑性的协同提升。此时合金的高温强化机制为普通大角度晶界及孪晶界阻碍位错运动,γ′相阻碍位错运动,位错切割γ′相生成反相畴界、层错及微孪晶阻碍位错运动,共同为合金提供高温强度;孪晶通过储存部分位错为合金提供高温塑性;同时γ′相钉扎孪晶界能够提高其高温稳定性,从而强化孪晶,最终实现复合结构的耦合强化。