镍基单晶高温合金由于其较高的承温能力与优越的力学性能,被广泛应用于航空发动机与燃气轮机的关键热端部件。其成分变化的显著特点是难熔元素含量的提高,同时提高了合金的承温能力与高温力学性能,但难熔元素的添加使合金出现组织稳定性差、合金密度增大以及成本升高等问题,严重制约了镍基单晶高温合金在工业中的应用。为了充分发挥现有成分体系高温合金的性能潜力,本论文探究了不同固溶处理工艺对第一代单晶高温合金AM3组织的影响。通过调整固溶处理方式及参数,研究了固溶处理工艺对合金枝晶组织、γ’相、共晶组织、碳化物以及元素偏析的影响,得到以下主要结论:(1)碳含量为0.045wt.%的合金经过逐步固溶热处理后枝晶组织显著减少甚至消失,共晶组织也明显减少。均匀化处理有助于Al、Ti、Ta元素的充分扩散,提高了合金的初熔温度,但多步均匀化处理对合金初熔温度的提高作用有限。(2)在逐步固溶处理过程中,随着固溶温度的升高与固溶时间的延长,碳含量为0.045wt.%的合金中的Co、Mo、Cr、W、Al元素偏析明显降低,但热处理后形成的初熔组织使合金中Ti元素的偏析比与固溶时间未呈现规律性变化。经过斜坡固溶处理后合金残余枝晶组织的存在使元素偏析更加严重。重熔固溶处理采用了较高的固溶温度,使合金元素偏析程度有很大程度的降低。(3)碳含量为0.045wt.%的合金铸态时的丫’相的排列与分布都不均匀,形貌为蝶状与不规则状,经过热处理后由于元素扩散充分,合金析出的γ’相的排列与分布更均匀,形貌为立方状与条形状。合金经过一步与两步固溶处理后γ’相的尺寸与体积分数随固溶温度的升高逐渐增大。经过多步固溶处理后,随着固溶温度的升高与固溶时间的延长,γ’相尺寸与体积分数呈现逐渐降低的趋势。(4)随着斜坡固溶温度的升高,合金的γ’相之间吞并长大的速率加快,不含碳的合金与碳含量为0.150wt.%的合金γ’相的尺寸与体积分数逐渐增大。同时,固溶温度的升高增大了γ’相的形核率与析出动力,在固溶处理后会析出大量小尺寸的γ’相,使碳含量为0.045wt.%的合金与碳含量为0.085wt.%的合金γ’相的尺寸与体积分数表现出先增大后减小的变化趋势。(5)碳含量为0.045wt.%的合金经过逐步固溶处理后较宽的γ基体通道形成,同时伴有更高的成分梯度,有利于丫’相地粗化,因此合金经过逐步固溶处理后γ’相尺寸与体积分数最大。经过重熔固溶处理后元素的低偏析使合金的过冷度与γ’相的形核率均增加,有利于大量细小γ’相地析出,因此合金经过重熔固溶处理后析出的γ’相尺寸与体积分数最小。(6)对于不同碳含量的合金,热处理后大部分骨架状与汉字体状的碳化物分解成小块状、颗粒状与细杆状。同时,碳化物的分布比铸态的更加弥散,有利于合金蠕变性能的提高。碳含量为0.045wt.%的合金经过重熔固溶处理后碳化物类型未发生转变,仍为MC型。经过一步固溶处理后碳化物类型未发生改变,均为富含Ta元素的MC型,经过两步与多步固溶处理后,由于固溶温度的升高与固溶时间的延长,部分碳化物从MC型转变为M6C型与M23C6型。对于斜坡处理,随着斜坡固溶温度的升高,碳含量为0.045wt.%的合金与碳含量为0.150wt.%的合金的碳化物类型未发生变化,均为MC(TaC、TiC)型,碳含量为0.085wt.%的合金经过峰值温度为1311℃以上的斜坡固溶处理后部分MC型碳化物转变为M6C型。