针对含Re/Ru单晶合金共晶组织中的高熔点元素和高推重比发动机材料的高承温能力等问题，研究了固溶温度和组织演化对其高温蠕变行为的影响。结果表明，在1328℃固溶处理的合金中仍存在粒状残余共晶，在1332℃固溶处理可将其消除，使合金在1100℃/140 MPa的蠕变寿命由321 h延长到476 h。在蠕变初期的合金中γ′相转变为N-型筏状组织，在蠕变后期位错剪切进入γ′相形成的位错锁，可抑制位错运动，使合金的蠕变抗力提高。但是高应变速率下位错的交替滑移使筏状γ′相扭折和形成亚晶，可降低合金的蠕变抗力，特别是筏状γ′相转变成“类块状”形态的逆向组织演化提高了应变速率，是合金高温蠕变较后期间的变形和损伤特征。其中，合金在1140℃寿命的大幅度降低，归因于γ′相的溶解使其尺寸减小和体积分数降低。

用高灵敏声发射技术在线监测金属疲劳裂纹的扩展，研究了高温合金基于二次K熵的疲劳扩展声发射特征，提出二次K熵方法并将计算结果作为分析这种不确定性的新参数。研究结果表明，金属疲劳扩展过程中的声发射信号具有混沌特性，对其二次K熵处理结果表明其趋势变化与疲劳裂纹扩展过程有更为清晰的对应关系，且能提前得到更为精确的疲劳断裂信息，提前率达到8%以上，为预测疲劳断裂提供了依据。

采用超声检测和组织分析并将衰减系数量化研究了GH907合金机匣锻环的组织对其超声波衰减性能的影响，并阐述了超声检测中底波损失的原因。结果表明：超声底波成像图中衰减较大区域的形状与GH907合金低倍组织中的黑晶区形状一致；黑晶区的平均晶粒尺寸大于非黑晶区，并有大量呈魏氏组织形貌的ε相；大量ε相的析出使超声衰减增大近40%。应该从细化晶粒、控制晶粒尺寸的均匀性和抑制ε相过量析出三方面优化锻造工艺以提高产品的合格率。

使用OM、SEM和EDS等手段，研究了第三代镍基单晶高温合金DD33不同V型缺口取向([100]、[210]和[110])片状试样从室温到不同上限温度(1000℃、1100℃和1200℃)的热疲劳过程中裂纹的萌生和扩展行为。结果表明，在三种上限温度，DD33合金的热疲劳性能均出现明显的各向异性。在三个上限温度[100]取向试样均表现出最好的热疲劳性能；上限温度为1000℃和1200℃[110]取向试样的热疲劳性能最差，上限温度为1100℃[210]取向试样的热疲劳性能最差。不同取向试样的热疲劳裂纹的萌生和扩展行为，均呈现出一定的晶体学取向规律。热应力、氧化以及滑移系的开动，导致不同取向试样裂纹的扩展速率不同。

采用双籽晶法制备一系列具有特定晶界取向差(GBs)的第二代双晶高温合金并分别在常温和760 ℃进行拉伸实验，用扫描电子显微镜(SEM)表征晶界组织并研究了晶界取向差对这种双晶高温合金拉伸性能的影响。结果表明：这种双晶合金的拉伸性能随着晶界取向差的增大而降低，但是在不同温度拉伸性能降低的趋势不同。常温抗拉强度随着晶界取向差的增大逐渐降低；760 ℃抗拉强度在晶界取向差小于8°时几乎不变，晶界取向差为8°~12°时极快地降低。常温拉伸断裂后的伸长率不随晶界取向差的变化而变化，760 ℃断后伸长率在晶界取向差为0°~4°和8°~12°时极快地降低。随着晶界取向差的增大，760 ℃拉伸断裂方式由类解理断裂转变为沿晶断裂，常温拉伸的断裂方式为解理断裂。最后用断裂机制能量模型定性解释了在760 ℃拉伸断裂机制的转变：随着晶界取向差的增大晶界结构逐渐复杂，晶界开裂能量门槛的降低和晶界能量积累速度的提高使拉伸断裂机制由类解理断裂转变为沿晶断裂。

将一种热障涂层/DZ411镍基高温合金体系分别在900和1000 ℃进行长时热暴露，使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)等手段表征涂层/基体界面以研究其微观组织的演变行为。结果表明：随着热暴露时间的延长基体/涂层界面(CSI)下方的基体发生再结晶，σ相的析出方向与CSI呈45°角。在900和1000 ℃热暴露的二次反应区(SRZ)与拓扑密堆相(TCP)的演变显著不同。在900 ℃热暴露100 h后富Cr相弥散分布在混乱的γ'相组成的互扩散区(IDZ)，而在1000 ℃热暴露100 h后IDZ、SRZ由胞状再结晶组成，富Cr相的析出不明显。在900 ℃热暴露500~2000 h后IDZ、SRZ逐渐长大，富Cr相在再结晶晶界附近沿着与CSI呈45°角的方向析出；在1000 ℃热暴露后富Cr相在再结晶晶界下方聚集析出，SRZ逐渐退化为IDZ。长时热暴露后，界面组织的演变与元素的扩散密切相关。

分别采用等离子旋转电极雾化法(PREP)和无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(EIGA)制备出GH4099洁净预合金粉末，再将其热等静压(HIP)制备GH4099合金，研究了热等静压温度对其显微组织和拉伸性能的影响。采用优选的热等静压制度1230℃/150 MPa/4 h进行有限元模拟辅助包套设计，用PREP粉末制造出GH4099薄壁筒体。结果表明，与EIGA法相比，用PREP法制备的GH4099粉末球形度更好、表面氧化层更薄，更适合进行热等静压成形。在1165℃~1230℃随着热等静压温度的提高GH4099合金的孔隙和原始颗粒边界数量显著减少，使其在900℃的拉伸性能提高。用PREP粉末制造的GH4099薄壁筒体，其关键尺寸与实际薄壁筒体的相对偏差小于5%。

在650℃进行镍基铸造高温合金K4169的低周疲劳实验，使用SEM、TEM等手段表征合金变形前后的微观组织和断裂特征，研究了这种合金的高温低周疲劳行为。结果表明，这种合金的疲劳寿命随着应变的增大逐渐降低，应变为0.5%和0.6%时在循环前2~200周次内出现硬化现象，随后出现循环稳定和循环软化；应变为0.8%和1.0%时，合金出现连续的循环软化；初期的循环硬化与γ″强化相对位错运动的阻碍有关，而循环软化则归因于位错反复剪切γ″相。这种合金的塑性应变幅与疲劳失效反向数的Coffin-Manson方程表现出双线性关系。对微观变形结构的观察表明，这种合金在高应变和低应变下的循环变形模式均为位错剪切γ″相和滑移，且其在不同应变下的疲劳失效均表现为穿晶断裂。这种合金表现出双线性的原因可能是变形均匀性的转变，非Masing特性证明了这种转变。

用增材制造激光选区熔化工艺制备典型的高温合金GH4169并在25~650 ℃测试其拉伸性能，用扫描电镜和透射电镜等手段表征其微观组织和拉伸变形行为，研究了测试温度对其力学性能的影响和变形机制。结果表明，在25 ℃、600 ℃和650 ℃测试这种合金的拉伸性能，其拉伸曲线较为光滑，在450~550 ℃测试的曲线呈锯齿状。随着测试温度的提高合金的抗拉强度从1458 MPa降低到1228 MPa，屈服强度则从1234 MPa下降到1051 MPa。SLM GH4169合金的拉伸强度与温度之间的关系大致是线性的。在25~450 ℃测试，合金中的强化相阻碍位错运动产生了强化作用；在550~650 ℃滑移为主要变形方式，δ相不利于拉伸性能。

研究了热等静压态镍基高温合金的高温氧化动力学、氧影响区的特征、相组成、微观形貌和元素分布，总结了高温氧化特征和内氧化物的生成过程。结果表明，这种热等静压态高温合金在950 ℃的氧化属于完全抗氧化级别，其氧化动力学曲线和氧影响区深度的变化曲线都符合抛物线变化规律。在氧化初期，合金基体中的Ti、Al离子沿原始颗粒边界(PPB)向表面快速扩散并生成连续的Cr₂O₃、TiO₂和Al₂O₃混合氧化层，而氧原子沿PPB向内扩散与第二相发生原位氧化反应生成颗粒状内氧化物Al₂O₃。氧化24h后合金表面的氧化层由最外部的TiO₂、Al₂O₃混合氧化层和底部的Cr₂O₃氧化层组成，在贫铬区出现连续的内氧化物TiO₂和Al₂O₃。在氧化后期(氧化时间超过100 h)合金表面氧化层中最外部的TiO₂氧化层脱落，贫铬区中的内氧化物TiO₂和Al₂O₃呈连续树根状分布。

对一种典型的γʹ沉淀强化钴基高温合金进行热处理并表征其组织，研究了热处理对这种合金的组织和室温、高温拉伸性能的影响。结果表明：这种合金的铸态组织由γ基体、γʹ相、MC碳化物、γ/γʹ共晶及M₃B₂硼化物组成；固溶和时效热处理后合金中的γ/γʹ共晶消失，M₃B₂硼化物回溶，基体中析出尺寸均匀的γʹ相；与铸态相比，热处理态合金的室温拉伸强度降低，但是其塑性略有提高。热处理态合金950 ℃的强度和塑性均有一定的提高；铸态和热处理态合金的室温拉伸均呈解离断裂特征，高温拉伸断裂机制均为微孔聚集型的韧性断裂。

对第一代单晶高温合金DD413进行标准热处理、热等静压、涂层热以及钎焊热工艺处理，然后在760 ℃/790 MPa和980 ℃/248 MPa条件下测试其蠕变性能，研究了不同热工艺对合金蠕变性能的影响。结果表明:不同的热工艺都显著影响DD413合金的微观组织和蠕变性能。热等静压后这种合金中的γʹ相和基体通道的尺寸减小，γʹ相的体积分数有所提高并且消除了合金中的显微孔洞，使合金的蠕变性能大幅度提高。涂层热工艺使合金中的γʹ相和基体通道粗化，γʹ相的体积分数和其在高温低应力下的形筏速度降低，不利于合金的中高温蠕变性能。钎焊热工艺不仅使合金中的γ′相粗化还破坏了γ′相立方度，因此合金的蠕变性能显著降低。

用等离子旋转电极雾化法制备洁净的GH4099预合金粉末并将其热等静压成粉末合金。这种粉末的粒度呈正态分布，球形度良好。用这种粉末制备的粉末合金其室温和高温拉伸性能达到同牌号锻件的水平。用电子束焊接连接粉末合金，用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)表征焊接态和热处理态接头的显微组织并测试接头的力学性能和残余应力分布。结果表明，热处理显著提高了焊接接头显微组织的均匀性、促进强化相的析出和元素的均匀分配，并降低了焊后残余应力集中。两种热处理制度都将接头的硬度和室温拉伸强度提高到接近母材水平，还显著提高了高温塑性。建立有限元模型预测了GH4099粉末合金电子束焊接头的残余应力演变，模拟结果与实测结果基本相同。