K418合金是一种性能优良的镍基高温合金,并被广泛应用于航空领域。目前,结构轻量化是航空领域的主要发展趋势,高温合金铸件多被设计成为薄壁结构,薄壁铸件由于充型困难、凝固补缩不足,经常出现缩松、冷隔等缺陷,这严重影响了该类铸件的成品率。目前研究与生产过程中均是使用均匀温度的型壳进行浇注,不利于控制合金的凝固顺序与凝固组织。为了解决高温合金薄壁铸件缺陷多的问题,本论文提出了梯度温度熔模型壳工艺,利用数值模拟与实验相结合的方式,研究该工艺对于K418合金薄壁铸件组织和性能的影响。针对铸件结构特点,设计了熔模型壳的分区保温方案,在不同区域施加不同的保温密度,通过控制降温的方法,使熔模型壳在浇注前具有一定的温度梯度。设计的三种熔模型壳温度场方案的温度梯度分别为0.5℃/mm、1℃/mm、1.5℃/mm。数值模拟的结果表明,对于不同厚度的板件,在采用梯度温度型壳时,铸件以顺序凝固方式凝固,金属液可以有效补缩,铸件缺陷量比采用整体900℃型壳时的缺陷量少一个数量级。对于3mm、4mm厚的板件,其缺陷量随着温度梯度的增大而减少,当温度梯度为1.5℃/mm时,缺陷量最少,分别为1.426cm3和1.093 cm3。而厚度为2mm板件缺陷体积随着温度梯度的增大先减少后增大,当温度梯度为1℃/mm时,缺陷体积最少为2.088 cm3。这说明梯度温度熔模型壳工艺可以有效减少铸件缺陷。采用整体900℃型壳时,随着铸件厚度的增大,铸件趋向于同时凝固,缺陷与体积的比值增大;采用梯度温度型壳时,铸件厚度越大,温度梯度越有利于铸件的凝固补缩,缺陷与体积的比值减小。对照浇注实验的结果表明,通过梯度保温方法,在浇注前为熔模型壳构造了0.85℃/mm左右的温度梯度。在该型壳梯度温度下浇注得到的铸件晶粒细小,缺陷较少。铸件不同位置的二次枝晶间距均明显小于普通保温工艺浇注的铸件;γ′析出相更加细小致密,形态多为圆球形与方块形,大部分γ′相尺寸范围为323nm-812nm;有害的(γ+γ′)共晶相尺寸小,体积分数少。采用梯度温度熔模型壳浇注的铸件在铸态下的拉伸强度和延伸率均得到明显提高。板件平均抗拉强度提升10.07%,延伸率提升31.11%。