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镍基单晶高温合金具备优异的高温性能，主要应用于航空发动机和工业燃气轮机的涡轮叶片。单晶高温合金在服役过程中的低周疲劳断裂具有产生极大的危害性，因此对其疲劳性能的研究尤为重要。同时，单晶合金具有各向异性，晶体取向是影响疲劳性能的一个重要因素。因此，本文以一种3Re的第二代镍基单晶高温合金为研究对象，研究了[001]、[011]和[111]三种取向合金在980℃的低周疲劳行为，采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段，观察断口、变形后的微观组织以及微观位错组态，分析合金的低周疲劳断裂机制与变形机制。 合金三种取向的疲劳行为研究表明:在980℃总应变幅控制的低周疲劳实验中，[001]、[011]和[111]三个取向的低周疲劳寿命均随着总应变幅的增大而降低。疲劳寿命具有取向依赖性，这主要与弹性模量的差异有关。其中[001]取向弹性模量最小，疲劳寿命最长，[111]取向弹性模量最大，疲劳寿命最短。 对合金三种取向疲劳断裂机制的研究表明:三种取向的裂纹从表面或亚表面铸造缺陷或表面氧化处萌生，主要沿非晶体学平面扩展，而[111]取向部分试样沿晶体学平面扩展，循环塑性变形是主要的疲劳损伤机制。在瞬断区，还伴随一定程度的蠕变损伤。对于断裂后的试样，[001]取向断口几乎与应力轴垂直，γ相沿着与应力轴垂直的方向形筏，易在不同滑移平面上发生多系滑移;[011]取向断口不平整，γ相沿与应力轴45°的方向形筏，易开动同一族的滑移系;[111]取向断口最为凹凸不平，没有明显的形筏方向，易发生多系滑移以及不同族滑移系间的交滑移。对于[001]和[011]取向合金，二次裂纹易沿形筏方向扩展，而[111]取向合金，易在裂纹扩展平面相交的界面处形成二次裂纹，并沿某一扩展平面扩展。 观察位错组态变化的结果表明:合金的三种取向在应变幅较高时，循环起始阶段都表现出初始循环软化的特征。但当应变幅较低时，[001]取向中位错不均匀地分布在与应力轴垂直的γ通道中，通过交滑移和攀移的方式运动，由位错湮没和重排引起的位错回复过程以及γ相的粗化起主要作用，使其表现出初期的循环软化特征;[011]取向位错滑移主要集中在屋顶通道，γ通道中大量的平行位错带，降低位错相互作用的几率，阻碍位错运动，表现出初期的循环硬化特征;[111]取向位错密度增大且分布均匀，位错线排列不规则，γ通道中有大量位错缠结，增大位错运动的阻力，表现出初期的循环硬化趋势。