作为航空发动机,燃气轮机及相关领域的关键材料,镍基高温合金在极其严苛的使役环境下表现出了卓越的性能。随着航空航天等关键领域的发展,提高高温合金使役性能的必要性日益凸显。由于镍基高温合金的高度合金化,在凝固过程中极易形成成分偏析,严重限制其加工性能和使役性能,因此,如何制备均质化的镍基高温合金一直是该领域中人们所关心的问题。目前国内大多采用双联或者三联工艺以提升铸锭均匀性,但是仍存在合金元素偏析较大、生产流程长、产量不稳定等问题。电子束精炼（EBS）由于其优异的高真空、高能量等冶金条件,利用EBS技术实现镍基高温合金的高纯化均质化制备已成为研究热点。但是由于电子束是一种表面加热的方式,在构筑方向上存在一定的局限并且偏析较为严重,即使可以通过升高熔炼功率和延长熔炼时间来缓解,但是容易导致合金成分挥发严重,造成一定的损失。虽然可以通过掐头去尾的方式获取成品,但是出成率会大大降低（＜50%）,并且所获得的铸锭在尺寸上的限制会更加突出。本研究基于电子束精炼高温合金的独特优势,提出电子束层覆凝固（EBLS）的工艺方法,解决EBS在铸锭构筑方向上存在局限性的问题,得到了低偏析的EBLS 718合金铸锭,并通过均匀化热处理及热变形,得到成分均匀、组织均匀的电子束层覆凝固Inconel 718（EBLS 718）合金。探究了EBLS 718合金的组织及偏析特征,分析了其组织形成机制;研究了EBLS 718铸锭的均匀化热处理工艺及该过程中组织及偏析演变规律,提出相应的均匀化热处理工艺;采用热模拟压缩实验,探究EBLS 718合金高温热变形行为,并与电子束精炼Inconel 718（EBS 718）合金进行对比,分析其高温热变形下的流变行为,建立本构方程,构建热加工图,并阐明EBLS 718合金高温的变形特征及再结晶演变机制特点,为消除EBLS 718合金层覆界面,得到完全再结晶的均匀组织提供理论指导,为该合金的开坯热加工工艺提供可靠的理论依据。研究结果表明:电子束层覆凝固Inconel 718合金要实现成分的精准控制需要将层覆质量控制在450 g以上。层覆熔炼过程需要尽量减少熔化时间（低于240 s）,直接将功率升高到12 k W进行熔炼,可以有效地避免因长时间熔化导致的质量损失过大。此外,层覆质量的适当增加还可以更加精准地实现元素的控制、降低合金的微观偏析及控制层覆界面的宽度。在功率和时间分别为12 k W,10 min,层覆质量约450 g时,EBLS 718合金主要组织为分层树枝晶组织,二次枝晶间距约为23μm,冷却速率约为8.16 K/s。由重熔糊状区以及快速冷却造成EBLS 718合金分层处形成约400μm的胞状枝晶层覆界面。铸锭在宏观上元素均匀分布,并且将成分偏差限制在每一层内;微观偏析方面,主要偏析元素Mo、Ti和Nb的微观偏析系数分别为1.13、1.52、1.97,Nb元素偏析相比于传统工艺降低19%;EBLS 718合金的树枝晶区域组织微观偏析较胞状树枝晶区域严重,胞状树枝晶组织中Nb、Ti和Mo的微观偏析系数分别为1.33、1.11和1.08,EBLS 718合金中Laves相含量约为2.94%。EBLS过程中熔池最高温度可达2268.8 K,合金熔体在熔融状态时得到充分过热处理,并且经计算得到其等效过冷度约为127.79 K,并据此反推出熔池平均温度1800.8 K与依据理论挥发速率所得1875.5 K差别不大。因此在凝固之前液态组织均匀分布,再经高速大过冷凝固后微观偏析较小。EBLS 718合金在1150°C下Laves相的完全回溶时间为8 h。得到Laves相剩余百分数与热处理时间及温度的关系,可以预测均匀化热处理过程Laves相消除过程。Nb及Ti元素的扩散系数,分别为3.8×10-11 cm~2/s、4.0×10-11 cm~2/s。在Inconel 718合金中Nb元素的含量越低,则Nb扩散系数越低。通过对本构方程、变形激活能、以及热加工图的计算和对比,得到EBS 718合金以及EBLS 718合金的变形激活能分别为409 k J/mol、386 k J/mol,层覆界面的存在导致了变形激活能降低,降低了热加工门槛。在变形温度为1140°C,应变速率为0.1 s-1,且应变量为0.7时得到了细小均匀的完全再结晶组织,晶粒尺寸约为25.7μm,同时消除了层覆界面。EBLS 718合金的再结晶晶粒优先在层覆界面处较小晶粒的大角度晶界处形核,即层覆界面的存在可以促进再结晶行为的进行。EBLS 718合金的再结晶机制以非连续动态再结晶机制为主,以连续动态再结晶机制为辅助,合理的控制热加工参数可以得到完全再结晶的均匀组织,消除EBLS 718合金层覆界面。综上所述,本文提出的电子束层覆凝固技术,为制备高均质镍基高温合金提供了新的思路。