本文采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)等分析手段对第二代单晶高温合金中拓扑密堆(TCP)相的析出行为及其对合金性能的影响、二次反应区(SRZ)等组织的形成进行了系统的研究。分析了热处理制度、高温时效处理对TCP相析出的影响,研究了涂覆NiCrAlYSi涂层的合金中SRZ等组织的形成机制以及合金元素Ta的影响,同时还研究了 TCP相对合金不同条件持久、蠕变性能的影响,研究结果表明:900℃长期热暴露后,含2Re(wt.%)的铸态合金枝晶干无TCP相析出,枝晶间析出大量的σ相,并且优先在粗大γ/γ’共晶周围析出。枝晶干无TCP相析出主要是由于γ相体积分数较高,可以容纳更多的W、Re等难熔元素,而枝晶间大量σ相析出主要是由于γ/γ’共晶前沿Ti、Cr元素的富集。低温短时热处理(1260℃/1h)后,合金在枝晶干中心和枝晶间均无TCP相析出,而在二次枝晶臂有少量的μ相析出。不完全热处理(1270℃/4h)和完全热处理(1280℃/4h)后,合金均在枝晶干析出了μ相,枝晶间无TCP相析出。其中,完全热处理态合金析出的μ相体积分数更高。这是由于随着热处理温度提高和热处理时间的延长,合金固溶更加充分,在随后的时效处理中枝晶干析出的γ’相体积分数增加,进而使得枝晶干γ基体中W、Re等难熔元素含量增加。1000℃热暴露后,含2Ta、6Ta和8Ta(wt.%,下同)的合金,在NiCrAlYSi涂层与基体界面附近,观察到规则的γ、γ’两相组织转化为γ’相,并且析出富含Cr和Re的M23C6,形成互扩散区(IDZ)。2Ta合金没有形成SRZ,而6Ta和8Ta合金均形成了连续的SRZ,其中SRZ中析出了 σ相和μ相。IDZ和SRZ的形成主要是由于涂层中的Al向基体扩散。Ta由于增加了 TCP相的析出倾向,促进了 SRZ的形成。1100℃热暴露后,2Ta、6Ta和8Ta合金在NiCrAlYSi涂层与基体界面附近,规则的γ、γ’两相组织转化为γ相层,γ相层中分布着一些非连续的粗大γ’相,形成IDZ。分析发现,IDZ的形成主要是由于涂层中的Ni元素向基体扩散。由于Ta增加了 γ’相体积分数,阻碍了涂层与基体的互扩散,因此Ta对IDZ的长大有明显的抑制作用。由于氧化消耗加剧,涂层中的Al元素并没有向基体扩散,而Ni元素向基体扩散,增大了基体的组织稳定性,抑制了 TCP相的析出,因此2Ta、6Ta和8Ta合金均没有形成SRZ。表面涂覆NiCrAlYSi涂层的2Ta、6Ta和8Ta合金热暴露后,在IDZ附近的基体中均发生了平行于涂层/基体界面的γ’相横向筏化,这主要是由合金表面吹砂引入的应变引起的,与Ta含量和热暴露条件关系不大。而6Ta和8Ta合金热暴露后,在γ’相横向筏化区域下方靠近基体的位置发现了垂直于涂层/基体界面γ’相纵向筏化,主要是由Al、W和Re等元素的浓度梯度引起的,Ta含量和热暴露条件通过改变这些元素的浓度梯度和γ/γ’两相错配应力,对γ’相纵向筏化产生重要影响。选用8Ta合金研究TCP相对合金持久性能的影响。900℃长期热暴露相同时间后,HT A(1290℃/6h)和HT B(1290℃/7h)热处理态的8Ta合金γ’相形貌、尺寸均相近。随着长期热暴露时间延长,HT A合金析出少量σ相(<0.7 vol%),而HTB合金析出大量σ相(0.72～2.6 vol%)。因此,通过比较HTA和HTB热处理态合金的持久和蠕变性能差异,可看出TCP相对持久和蠕变性能的影响。900℃/400 MPa蠕变条件下,合金主要的变形机制为位错在γ相基体通道中进行滑移和攀移,少量的反相畴界耦合位错对切入γ’相。TCP相(0.72～2.6 vol%)明显降低合金的持久和蠕变性能,当TCP相含量为2.6 vol%,合金的持久寿命降幅达24.2%。TCP相对合金蠕变性能的影响主要表现为对γ相基体蠕变性能的损伤,即消耗W、Re、Mo等固溶强化元素,使基体抗蠕变能力降低。随着TCP相含量增加,除了 γ相基体抗蠕变能力降低外,TCP相破坏γ/γ’规则结构和TCP相的脆化机制都逐渐影响合金的抗蠕变能力,损害合金持久性能。760℃/758 MPa蠕变条件下,合金的主要变形机制为大量堆垛层错切割γ’相和少量反相畴界耦合位错切入γ’相。TCP相(2.1 vol%)对合金持久、蠕变性能的影响较小。TCP相脆化机制可能起到一定的作用,但是,合金中的裂纹主要分布在枝晶间,尤其在碳化物周围萌生扩展。因此,TCP相对合金持久、蠕变性能的影响有限。