本文通过设计和制备有/无2%Ru成分的单晶镍基合金,并对其采用不同的热处理工艺,以及蠕变性能测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)组织形貌分析,能谱仪(SEM/EDS)成分分析,研究了热处理工艺及元素Ru对单晶合金中各成分偏析的影响。考察2%Ru镍基单晶合金在中/高温蠕变期间的变形、损伤与断裂机制。结果表明,铸态合金中成分偏析严重,其中,在枝晶干区域偏聚的元素有Mo、Cr、W,而元素Ru、Ta、Co、Al则在枝晶间区域偏聚。提高固溶温度,可很大程度上降低元素在枝晶干/间的偏析系数,这对改善合金的蠕变抗力具有极其重要的作用。在长期时效处理和蠕变性能测试期间,无Ru单晶镍基合金中有大量TCP析出,加入2%Ru后该合金中无TCP相析出,并可大幅度改善含Ru单晶合金的高温蠕变性能。计算出合金在1070℃~1100℃范围内的蠕变激活能为:Q=456.5kJ/mol。中温条件下,合金在蠕变阶段的变形机制是位错在基体中滑移和剪切立方γ′相;蠕变后期,主、次滑移系的交替开动,使其沿垂直于应力轴的γ′/γ两相界面处萌生裂纹并扩展,最终使合金在扩展的裂纹处失效断裂。高温条件下,在合金蠕变的初期阶段,合金中γ′相已形成筏状结构,其方向与施加应力的方向相垂直;在合金蠕变的稳态阶段,变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相;当合金蠕变进入到后期阶段,合金中的位错可剪切进入筏状γ′相,被认为是合金在此阶段的主要变形机制。在蠕变的较后阶段,裂纹萌生于筏形γ′/γ相界面处,这是位错的交替滑移所导致的;随蠕变进行,裂纹在沿垂直于应力轴的筏状γ′/γ相界面发生扩展,直至断裂。