镍基单晶高温合金具有优越的高温性能，是当今和今后一段时间国内外先进发动机不可缺少和替代的热端部件结构材料。目前国内外航空发动机涡轮叶片都是采用镍基单晶材料，涡轮叶片在服役环境下，主要承受离心力、温度和气动力等载荷。其中离心力导致的叶片蠕变变形和叶片故障一直是科研工作者关注的重点问题，虽然我国对镍基单晶材料的一些基本力学性能的研究已经取得了一定的成果，但仍不能满足航空工业发展的需要，且对于复杂应力状态下的蠕变性能测试和研究一直处于空白状态，远远落后于发达国家的研究水平。因此对镍基单晶高温合金材料开展蠕变试验和理论研究具有十分重要的工程应用价值。基于上述原因，本文主要进行了以下方面的研究工作：　　1.基于晶体滑移理论的损伤蠕变模型，建立了考虑镍基单晶蠕变各向异性特点的理论模型，将本构模型编入有限元ABAQUS子程序UMAT中，以颈缩变形确定开动滑移系为基础，用[001]、[111]晶体取向的蠕变试验曲线确定八面体滑移系和六面体滑移系的模型参数，最后用[011]取向的试验结果对新模型进行了考核验证。考虑塑性变形，提出了适合于多轴应力下的晶体塑性蠕变损伤模型。2.采用V型缺口试样实现三轴应力状态的蠕变力学行为研究，以单轴蠕变试样作为对比和蠕变模型参数的确定。通过 SEM电子扫描电镜对两种试样形式的断口进行宏观和微观的观察，建立高温下镍基单晶合金的单轴和多轴应力状态下蠕变断裂机理和微结构演化机理。采用单胞模型，计算了不同应力三轴度下孔洞的长大率，分析了多轴应力下蠕变缺口强化作用机制。　　3.进行了镍基单晶高温合金在单轴与多轴应力状态下的蠕变各向异性研究。采用光滑件和缺口圆棒试样进行了三种不同取向980℃/400MPa的高温蠕变试验。基于蠕变变形曲线、宏观和微观组织分析，研究了温度、应力水平和缺口的存在对蠕变各向异性程度的影响。结合宏观断口和有限元计算，分析了镍基单晶材料的蠕变变形和断裂特征的取向相关性特征。　　4.基于光滑、缺口圆棒蠕变试验和晶体塑性蠕变损伤本构，研究了镍基单晶高温合金V型缺口圆棒试样在1100℃/160 MPa和200 MPa下的蠕变断裂寿命预测方法。采用参考应力法和晶体塑性理论结合的方法，分析了缺口应力重分布随蠕变时间的变化规律，提出了单轴和多轴应力状态下的蠕变寿命预测方法。　　5.进行了某型号镍基单晶冷却涡轮叶片模拟件的高温蠕变试验，包括薄壁平板带气膜孔试样和薄壁圆管带气膜孔试样。对薄壁平板带孔进行了980℃/300 MPa三种晶体取向（[001]/[011]/[111]）的蠕变试验，采用光滑平板同温度同应力条件下的试验进行对比分析，分析了温度、取向和应力状态对高温蠕变性能的影响，包括蠕变寿命、蠕变速率和蠕变各向异性等。通过宏微观形貌的观察，研究平板蠕变断裂机理和筏化机理，并考虑晶体取向和多轴应力状态对它们的影响机制。对[001]取向的薄壁圆管试样进行了900℃/500 MPa条件下的蠕变试验，同时进行光滑件试验作为对比，分析了多孔对镍基单晶合金蠕变断裂的影响，基于晶体滑移理论采用改进的蠕变损伤方程，采用双参数和八面体滑移系开动，模拟了薄壁圆管带气膜孔试样的蠕变响应和气膜孔处损伤分布及演化规律。