近年来,核电设备、涡轮叶片等关键部件的安全可靠性引起学者的极大关注。相比于标准力学性能实验,小微试样实验技术可以有效地避免对在役构件造成严重破坏,在材料性能研究中得到了越来越多的重视。悬臂梁弯曲疲劳实验与小冲杆蠕变实验因其试样尺寸微小而适用于对在役设备以及关键结构部件的疲劳性能和高温蠕变性能预测,而且结果与常规疲劳和蠕变实验近似,已逐步被应用于核电、航空航天等领域。本论文工作选择316不锈钢和Inconel 718合金两种典型的高温结构材料为研究对象,分别采用小微悬臂梁弯曲试样、小微拉伸试样和小冲杆试样研究了材料的疲劳性能和蠕变性能。获得如下主要研究结果:退火态、预变形态和冷轧态316不锈钢小微样品的拉伸实验和悬臂梁弯曲疲劳实验表明,冷轧态的强度和疲劳极限最高,预变形态的次之,退火态的最低;而在低周疲劳实验条件下,冷轧态的疲劳损伤程度最低,预变形态的次之,退火态的最高;随着应变幅的减小,三种样品的疲劳损伤程度也逐渐减小,这与标准尺寸试样的疲劳实验结果一致;通过小微样品的拉伸实验、悬臂梁弯曲疲劳实验可以实现对316不锈钢拉伸和疲劳性能的快速评价。退火态、预变形态和冷轧态316不锈钢小微样品在700℃、700N的小冲杆蠕变实验表明,随着样品变形量的增加,材料的稳态蠕变速率逐渐增加,蠕变寿命明显减小;退火态和预变形态样品的蠕变特征为楔形裂纹、微孔聚集、沿晶扩展、穿晶韧窝以及沿各方向均匀开裂,而冷轧态样品的蠕变断口较为平滑,且开裂方向平行于轧制方向;通过小冲杆蠕变实验可以快速评价316不锈钢的高温蠕变性能。Inconel 718合金小微样品的悬臂梁弯曲疲劳实验表明,在相同应变幅下,疲劳寿命分散性与材料内部孔洞位置、孔洞尺寸和孔洞数量有关。当孔洞直径和数量越小、孔洞离表面越远时,样品的疲劳寿命越长;孔洞位置对疲劳寿命的影响最为显著,其相关系数高达0.72;孔洞数量对疲劳寿命的影响次之,其相关系数为-0.67;孔洞尺寸对疲劳寿命的影响最小,其相关系数仅为-0.11;采用小微样品实验技术探究目前广泛研究的选区激光熔化沉积Inconel 718样品疲劳寿命与孔洞特征之间的定量关系是可行的。