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超大型与复杂型高温合金构件需求量的增加,节能减排政策与环境法规压力的施加,对高温合金生产流程中每个环节的经济性与质量可靠性都提出更加严苛的要求。均匀化与开坯工艺作为生产流程中“承上启下”的环节,但由于研究与生产经验不足,导致均匀化高耗能与开坯低成材率问题凸显。因此,研究均匀化与开坯过程中组织演变规律以及两者关联性,探究均匀化开坯控制原则与优化工艺,对均匀化开坯工艺经济性与可靠性的提高,乃至高温合金构件质量与经济性的提高具有重要理论与工程指导意义。首先系统研究了不同合金、铸锭尺寸、偏析元素与熔炼浇注工艺对偏析行为的影响。提出了元素偏析度概念K’= K｜△C｜,当K’较大时,组织偏析严重,且偏析相多,可考虑二段式均匀化制度;当K’较小时,组织偏析较轻,无偏析相,可考虑一段式均匀化制度。进而研究不同合金在均匀化不同阶段偏析与组织的演变规律,前期的快速下降区,残余偏析系数下降快,但尚存枝晶偏析,后期的平稳区虽枝晶偏析基本消除,但晶粒尺寸与氧化层快速增长。依此提出了均匀化控制原则:平稳区前阶段应为均匀化优选范围,均匀化时间不宜过短,下限为保证组织偏析消除,上限为应避免晶粒尺寸与氧化层快速增长,均匀化时间不可过长。同时系统阐述了均匀化程度对动态再结晶及变形抗力的影响规律,关联分析均匀化过程组织演变与热变形行为的互影响关系,提出均匀化开坯控制原则:平稳区前阶段为同时兼顾均匀化偏析与组织、热变形组织与性能的最优选范围,此时高温塑性高,变形抗力低,再结晶程度高。进而揭示了开坯锻棒均匀细晶组织热变形后仍保持均匀细晶的热变形机制,从而进一步说明了均匀化开坯工艺优化得到最终均匀细晶锻棒对后续热锻环节的重要性。进一步通过建立开坯过程中开裂预测模型和再结晶模型并经双锥实验验证其准确性,引入开裂系数P,耦合有限元计算,定量预测不同热加工参数对开裂倾向、开裂位置、再结晶体积分数及再结晶晶粒尺寸的影响规律。可提供更为合理的开坯工艺制定依据,进而提高开坯可靠性。基于对提高再结晶形核控制晶粒尺寸和缩短枝晶间距加快元素扩散的系统研究。提出了经济型均匀化开坯工艺,将优选范围前移至慢速下降区末段与平稳区前段,可显著缩短均匀化时间。同时提出了预变形均匀化开坯工艺,小变形量预变形缩短枝晶间距促进元素扩散和动态再结晶,可大幅度缩短均匀化时间。从而为建立经济可靠的均匀化开坯工艺提供理论和实验依据。总之,本文通过大量实验,分析了合金铸锭偏析行为、均匀化过程中材料特征演变规律以及均匀化程度对热变形行为的影响。在讨论分析工艺间关联性基础上,建立了开坯开裂预测模型和再结晶模型,提出了均匀化开坯的优化控制原则,为完善高温合金铸锭的均匀化开坯评价体系提供了实验和理论依据。