本文主要采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子背散射衍射技术(EBSD)等方法对一种第三代镍基单晶高温合金DD33在高温低应力及中温高应力条件下的蠕变各向异性进行了系统研究,得到了晶体取向对单晶合金蠕变性能的影响规律,并从位错组态及其运动方式的差异揭示了不同条件下第三代单晶高温合金蠕变各向异性的本质原因。同时,对比研究了样品标距段尺寸变化(棒状试样/片状试样)对DD33合金持久各向异性的影响。研究发现:在1100℃/150MPa条件下,[001]、[011]和[111]取向试样的蠕变性能略有差异,蠕变寿命依[001]、[011]和[111]取向顺序递减。蠕变过程中,各取向试样中均形成了筏化组织。[001]取向试样形成与应力轴垂直的N型筏化组织,[011]取向试样形成与应力轴呈45°的双向筏化组织,而[111]取向试样的筏化组织存在多个筏化方向。不同形貌的筏化组织相比,N型筏化组织对位错运动的阻碍效果最好。在蠕变稳态阶段,各取向试样的γ/γ’界面上均形成了位错网。[001]取向试样为致密的方形位错网,[011]取向试样为长宽差异很大的矩形位错网,[111]取向试样也形成方形位错网,但不如[001]取向试样中的位错网致密。[001]取向试样中的致密位错网有效阻碍了位错切割γ’相,是该取向试样蠕变寿命最长的主要原因之一。在蠕变后期,三种取向试样的γ’相中均观察到了 a<110>和a<100>超位错。a<100>超位错在[001]取向试样中具有较低的可动性,是该取向试样稳态蠕变速率最低的重要原因。a<100>超位错在[011]和[111]取向试样中可动性较高,因此这两个取向试样的稳态蠕变速率较高。此外,在[111]取向试样中还形成了超位错列和超位错网结构,虽然超位错网结构在一定程度上降低了可动位错密度,但对蠕变性能的影响很小。在1100℃/150 MPa条件下,偏离[001]取向10°～20°试样的蠕变性能与[001]取向试样基本一致,未显现出明显各向异性。波浪形筏化组织的形成是偏离[001]取向10°～20°试样各向异性不明显的主要原因,而相同的蠕变变形机制和断裂方式进一步削弱了各向异性。在850℃/650 MPa条件下,[001]、[011]和[111]取向试样存在显著的蠕变各向异性,蠕变寿命依[111]、[001]和[011]递减。[111]取向试样的初始蠕变应变低于[001]和[011]取向;[111]和[001]取向的稳态蠕变速率相近,但[111]取向稳态阶段持续时间更长。三种取向试样显著的各向异性与<112>{111}滑移系的开动密切相关。单系<112>{111}滑移控制[001]取向试样蠕变第一阶段,是该取向初始蠕变应变较大的主要原因;单系<112>{111}滑移控制[011]取向整个蠕变过程,是该取向寿命最短的主要原因;多系<112>{111}滑移控制[111]取向蠕变稳态和加速阶段的变形,是该取向试样蠕变寿命最长的主要原因。与第一代(SRR99)和第二代(CMSX-4)单晶高温合金相比,Re含量更高的DD33合金中温各向异性更显著,这与第三代单晶高温合金中Re促进连续层错在[011]取向试样中的形成以及促进<112>{111}滑移系在[111]取向试样中的开动密切相关。在850℃/650MPa条件下,偏离[001]取向10°～15°的试样存在显著的蠕变各向异性:靠近[001]-[011]边的试样蠕变性能最佳,而远离[001]-[011]边的试样蠕变性能很差。这种各向异性源于蠕变初始阶段的变形机制:靠近[001]-[011]边的试样开动了两组<112>{111}滑移系,但层错密度较低,可以产生一定的加工硬化作用,具有较好的性能;而远离[001]-[011]边的试样仅开动一组<112>{111}滑移系,且层错密度很高,使得初始蠕变应变很高,对性能不利。在1100℃条件下,[001]、[011]和[111]取向片状试样的持久各向异性比棒状试样更明显,特别是[111]取向和其余两个取向之间的性能差异。而偏离[001]取向10°～15°片状及棒状试样的持久各向异性均不明显,当试样标距段由棒状变为片状后,各个取向试样性能均下降。在850℃条件下,[001]、[011]和[111]取向片状试样的持久各向异性不如棒状试样明显。偏离[001]取向10°～15°片状试样的各向异性也不如棒状试样明显。850℃条件下,片状试样可开动的滑移系少于棒状试样,因此片状试样的寿命普遍低于棒状试样。但由单轴应力状态(棒状试样)变为平面应力状态(片状试样)后,不同取向滑移系的变化情况不同,使得各取向试样寿命的下降程度不同。