本文以抗热腐蚀定向凝固高温合金为实验材料，利用长期热暴露和长寿命持久实验模拟重型工业燃气轮机定向结晶涡轮叶片的服役工况，研究了工业燃机叶片用定向凝固高温合金在长期热暴露过程中显微组织的退化损伤机制及显微组织损伤与性能退化之间的规律关系;同时，分别对原始状态和长期服役后的重型工业燃气轮机定向结晶涡轮叶片进行系统解剖分析，掌握重型工业燃机叶片长期服役前后的显微组织分布与退化损伤特征;最后，基于以上两部分研究内容，掌握重型工业燃气轮机涡轮叶片在长期服役过程中组织损伤与服役寿命之间的对应关系，初步探索重型工业燃气轮机涡轮叶片的寿命预测方法。研究结果表明:　　900℃长期热暴露实验过程中，抗热腐蚀定向凝固DZ411高温合金中的组织损伤包括γ组织退化，MC碳化物的退化分解和晶界组织粗化，无TCP相析出。其中，γ相形貌由立方状转变成球状，最后呈不规则块状，γ相粗化规律符合Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)粒子粗化理论;5000h热暴露以前一次MC碳化物轻微分解，边缘出现溶解，9000h热暴露后，一次MC碳化物退化分解的主要产物为M23C6碳化物与γ相包层，主要退化分解反应式为MC+γ→M23C6+γ，20000h热暴露后，一次MC碳化物的退化分解更加严重，并破裂产生细小MC型碳化物颗粒碎片，与晶内一次MC碳化物相比，晶界位置的一次MC碳化物的退化分解更加严重;晶界粗化主要受晶界M23C6碳化物和γ相包层的粗化所控制，晶界粗化规律符合Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov(JMAK)理论。长期热暴露过程中，DZ411合金在980℃条件下的持久寿命变化主要分为三个阶段:第一阶段(0～5000h)持久寿命急剧降低，其主要影响因素为γ相的快速粗化;第二阶段(5000～15000h)持久寿命变化不明显，其主要原因为在这一阶段γ相的粗化速率减慢， MC碳化物退化分解和晶界粗化不是特别严重，并且晶界M23C6碳化物颗粒析出相会阻碍晶界滑移，对合金持久性能起到一定积极作用，以上因素综合导致长期热暴露合金在第二阶段的持久寿命变化不显著;第三阶段(15000～24000h)持久寿命再次急剧降低，这主要归因于MC碳化物的严重退化分解和晶界组织粗化的共同作用。　　与长期静态热暴露实验合金组织的退化损伤相似，850℃长期持久热暴露实验中，抗热腐蚀定向凝固DZ411高温合金中的组织损伤包括γ组织退化，MC碳化物的退化分解和晶界组织粗化，无TCP相析出。相比静态长期热暴露实验，由于高温与应力的共同作用，长期持久热暴露实验中合金中γ组织的粗化速率较快，MC碳化物的退化分解和晶界组织粗化更加严重，一次MC碳化物边缘和晶界位置析出大量M23C6碳化物和η相。与850℃长期持久热暴露实验相比，在750℃长期持久热暴露实验中合金的γ相粗化速率，MC碳化物的退化分解和晶界组织粗化程度均显著降低。　　与静态长期热暴露和长寿命持久热暴露实验中合金显微组织的退化损伤情况相一致，工业重型燃气轮机定向结晶涡轮叶片长期服役后的内部冶金组织损伤主要包括γ组织退化，MC碳化物的退化分解和晶界组织粗化。通过对燃机叶片显微组织损伤的观察与分析，可以推测出燃机叶片不同位置的服役条件与服役历史。其中，燃机叶片叶身上半段的进、排气边等高温运行区域，特别是叶尖高温运行区域的组织损伤最为严重;另外，断裂失效燃机叶片的断口附近区域出现超温运行历史。　　本文中，工业燃机叶片的寿命预测方法主要包括γ相演化动力学寿命预测方法和蠕变实验寿命预测方法。首先，利用长寿命持久热暴露实验和长期静态热暴露实验合金中γ相的粗化规律，推导出长期热暴露过程中不同热暴露时间、温度与γ相尺寸变化的对应规律关系，从而对重型工业燃气轮机涡轮叶片的服役寿命进行初步预测:首先，根据长期热暴露过程中热暴露时间、温度与γ相尺寸变化的对应规律关系，并利用电厂提供的工业燃机叶片的服役时间、服役条件等信息可以推测出该燃机叶片的显微组织服役损伤情况，然后利用长期热暴露实验合金的组织损伤模拟该燃机叶片的长期服役组织损伤，最后对长期热暴露实验合金的剩余寿命进行测试，从而间接预测出该燃机叶片的剩余寿命;同时，为了提高燃机叶片寿命预测方法的准确性，需要考虑外加应力对合金组织与性能演化的影响并对燃机叶片寿命预测方法进行相应修正，因此本文结合静态长期热暴露实验和长寿命蠕变实验，深入分析了外加应力对r相粗化，碳化物分解和晶界组织粗化的具体影响，结果表明:900℃长期热暴露9000h后，较低水平的外加拉应力对γ相的粗化速率未产生显著影响，而外加拉应力显著促进MC碳化物的退化分解和晶界M23C6碳化物的大量析出与长大。