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镍基定向凝固高温合金在高温环境下具有优异的综合力学性能,因此在航空、航天、陆运及船舶等领域有着广泛而重要的应用。众所周知,在定向凝固工艺中,抽拉速率是调节凝固速率,调控铸态组织乃至影响铸件最终性能的关键工艺参数。本文采用液态金属冷却法(LMC)定向凝固工艺,以第一代镍基高温合金铸态及热处理态AM3为研究对象,采用六种不同的抽拉速率以及两种变速抽拉方式研究了不同抽拉条件对定向凝固高温合金枝晶、γ’相、碳化物、共晶组织及偏析等方面的影响,.得到以下主要结论:(1)随着抽拉速率的增大,凝固界面形态经历了从平面状到胞状到粗枝再到细枝状发展的演变,枝晶组织逐渐变小,一次枝晶间距(λ1)和二次枝晶间距(λ2)也变小,并分别得到关系式λ1=288V-0.16和λ2=88 V-0.25。随着抽拉速率的增大,γ’相的尺寸变小,立方度变高。枝晶间γ’相尺寸相较于枝晶干的形态上更加不规整,尺寸更加粗大,但随着抽拉速率的增加,两者的差别呈先增加后减小的趋势。(2)随着抽拉速率的增大,枝晶元素偏析整体呈先增高后变低的趋势,整体在100μm/s的抽拉速率下达到偏析峰值。随着抽拉速率的增大,碳化物和共晶的尺寸越来越小,体积分数越来越大。碳化物在低抽拉速率区域(<1 00μm/s),体积分数随抽拉速率增加明显,高抽拉速率区域(>100μm/s)体积分数随抽拉速率的增加并无明显变化。共晶体积分数随抽拉速率几乎呈线性正相关。(3)加速和减速抽拉的合金,其枝晶都比匀速抽拉的合金更小更紧密。得到加速和减速抽拉合金的一次枝晶间距与瞬时抽拉速率的关系分别为λ1=1 04.58V-0.045和λ1=104.45V-0.042。变速抽拉合金的γ’相尺寸比匀速抽拉合金的小,并且γ’相尺寸随瞬时抽拉速率的增大而减小。(4)加速和减速抽拉相较于匀速抽拉更易于形成共晶,其共晶的体积分数与抽拉速率呈正相关。经历了一次变速历史后的变速抽拉的合金,其共晶的体积分数要比匀变速合金的大。先加速后减速抽拉制得的合金的共晶体积分数要比先减速后加速抽拉制得合金的大。加速和减速两种变速抽拉的情况都较匀速抽拉的合金偏析程度降低。(5)热处理制度A(1305℃/3h/空冷+1080℃/6h/空冷+870℃/20h/空冷)要更适合匀速抽拉制得的合金。热处理制度B(1295℃/3h/空冷+1080℃/6h/空冷+870℃/20h/空冷)要更适合变速抽拉制得的合金。在A、B两种热处理制度下获得的热处理态合金,其γ’相平均尺寸都随抽拉速率的增大先变小再变大,并在100μm/s时达到最低值,经热处理后γ’相尺寸在100μm/s时尺寸均匀性达最高值。(6)在热处理态,匀速抽拉时,随着抽拉速率的增大,γ通道宽度越来越大,但变化幅度先大后小,拐点为100μm/s。对于变速抽拉的情况,γ通道宽度随着瞬时抽拉速率的增大而变大,没有明显的拐点。并且减速抽拉的合金,其γ通道宽度比加速抽拉的合金大。匀速抽拉时,随着抽拉速率的增大,γ’相体积分数先减小后增大,在100μm/s时达到最低值。对于变速抽拉的合金,其γ’相的体积分数随抽拉速率的增大而减小。不论是匀速抽拉还是变速抽拉,随着抽拉速率的增大,残余共晶的尺寸越来越小。