本论文对于单晶版镍基高温合金DZ125L蠕变和热机械疲劳变形后的残余应力与微观结构进行了X射线和中子衍射分析与测试。　　 1.利用X射线衍射测量了镍基单晶高温合金在980℃和250MPa拉应力条件下蠕变变形后的残余应力状态。研究发现γ相在[001]和[010]/[100]方向都承受拉应力，随蠕变时间的增长，应力值基本保持不变，维持在100MPa左右；相反，γ相在[001]和[010]/[100]方向都承受压应力，蠕变早期残余应力较小，随蠕变时间的增长，压应力值迅速由100MPa增大到400MPa，表明残余应力形成于蠕变变形应变量较低阶段，与合金的塑性变形密切相关。残余应力状态随蠕变过程中的外加拉应力的增大而增大，高应力状态下γ相强化作用明显。　　 2.蠕变过程中，晶格发生四方畸变，cγ/aγ<1，cγ/aγ>1。位错在蠕变开始阶段主要集中于γ相中，随蠕变的进行，位错不断增值、运动，并进入γ相，最终导致合金的失效断裂。蠕变过程中，在外加拉应力载荷的作用下，两相界面区域的应变能平衡被破坏，驱动γ/γ两相间合金元素的迁移，导致γ相定向粗化，形成扁平状的筏化组织。　　 3.利用中子衍射法测定同相(IP)热机械疲劳(TMF)后样品的残余内应力状态，计算偏应力第二、第三不变量，研究了热机械疲劳过程中合金内部的变形状态。变形过程中，γ相先硬化、屈服，γ相的硬化、屈服相对滞后。热机械疲劳后期γ相承载了大部分外加拉应力。热机械疲劳周次较少时，合金残余变形状态基本是“剪切类”的。γ和γ相的变形状态是不同的：γ相的残余应变状态是“拉伸类”的，而且在整个样品工作段内分布不均匀，具有明显的应力集中现象；γ相中的内应力在整个工作段内分布基本是均匀的，而且在变形较早时期就发生饱和。随后的变形过程，γ相承受大部分外加拉应力，应力集中达到一定程度，导致γ相伸长破坏，样品最终发生颈缩直至最后失效断裂。　　 4.热机械疲劳过后，合金中没有发现如同蠕变导致γ宽化形成的扁平状的筏化组织。只是γ相方块的边角地区出现轻微的溶解而变得圆滑。合金中的位错也是大部分分布于基体相通道中，并在两相界面处聚集，大部分的γ相中几乎没有位错，只有部分位错、层错进入部分γ相方块中。层错结构沿着与γ相方块与边缘成45°角的对角线方向分布。