镍基单晶高温合金由于其优异的高温力学性能、抗氧化性能和抗热腐蚀性能,成为制备航空发动机涡轮叶片的优选材料。难熔元素W和Re的添加能显著提高镍基单晶高温合金的高温力学性能。理解W和Re对高温合金显微结构演变的作用,对提高镍基单晶高温合金的服役温度十分有意义。而在镍基单晶叶片的实际生产过程中,杂晶的控制与消除能显著提高叶片的合格率,从而大幅度降低单晶叶片的成本。本文利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）、扫描电镜原位拉伸、球差矫正透射电镜（TEM）、电子背散射衍射技术（EBSD）和Pro CAST模拟等手段,研究了W-Re协同效应对模型单晶合金在热暴露和室温拉伸过程中显微结构的演变,以及某种单晶涡轮叶片叶身-缘板转接区杂晶的形成机理。取得的主要结论如下:1、三元Ni-Al-W和四元Ni-Al-W-Re模型合金在铸态时,W、Re偏析在枝晶干,γ’相粗大且形貌不规则。经过完全热处理,W的偏析基本消除,Re的偏析得到明显改善,合金中γ’相立方度变好。Ni-Al-W和Ni-Al-W-Re合金中W均择优在γ’相中,且占据Al位,Re择优分配在γ相中。2.W和Re的扩散系数远小于Ni和Al的扩散系数,W和Re的添加,阻碍了原子的扩散,显著降低了γ’相的长大速率,提高了γ/γ’相界面的稳定性。W/Re共同添加,对γ’相的粗化抑制更明显。W的添加或W/Re的共同添加,提高了合金的室温强度,降低了模型合金中γ’相的层错能,导致位错切入γ’相的形式转变为反相畴界（ABP）和层错（SF）。3.叶身-缘板转接区杂晶呈条带状,从宏观上看,其长度方向与叶身和缘板的枝晶生长方向平行（或垂直）;从微观上看,杂晶区域的枝晶发生相同方向的倾斜,杂晶的成分与叶身和缘板没有明显区别。由于叶身-缘板转接区散热条件差,过冷度小,成为缘板上的最后凝固区域,枝晶形状也变成纺锤形。先凝固的缘板边缘产生较大的凝固收缩应力,导致叶身-缘板转接区部分三次枝晶发生断裂,从而形成杂晶。本文的创新点如下:1、针对三元Ni-Al-W和四元Ni-Al-W-Re两种镍基模型高温合金,1)利用球差矫正TEM的STEM-HAADF模式等,给出了元素W和Re相择优和占位的直接实验证据,W择优γ’相,占据Al位,Re择优γ相;2)通过热暴露实验,发现W的添加或W/Re的共同添加,促进γ/γ’相界面的稳定;3)通过扫描电镜下的拉伸实验并结合TEM研究,明确了W或W/Re均能降低γ’相的层错能。2、结合多种实验表征技术和有限元模拟,研究了某单晶叶片中新型杂晶的形成机理。研究发现,由于叶片叶身-缘板转接区散热条件差,过冷度小,成为缘板上的最后凝固区域,枝晶形状变为纺锤形;先凝固的缘板边缘产生较大的凝固收缩应力,导致转接区部分三次枝晶发生断裂,形成杂晶。