K4002合金系γ’相强化的镍基铸造高温合金,最高使用温度可达到1050℃,为多晶铸造镍基高温合金中高温强度最高的合金,具有良好的高温力学性能、组织稳定性、抗氧化和抗热腐蚀性,主要应用在航空发动机的高压涡轮叶片、铸造整体涡轮和冲压发动机的关键部件。Al元素是形成γ’相最主要的元素,对高温合金的组织稳定性和高温性能有着重要的影响,因此适当调控合金中的Al含量对合金的组织和性能有重要的影响。本文以K4002为基础合金,利用热力学模拟调整Al元素含量,并结合实验。利用OM,SEM,DSC、EDS、EPMA等表征手段,研究了 Al元素对合金铸态、热处理中微观组织和析出相的影响,以及室温和高温拉伸性能影响。JMatPro热力学平衡计算结果表明,900℃时K4002合金的平衡析出相为γ’、MC、M6C、M23C6以及少量的MB2。γ’相为富Al元素及部分Ti元素。MC碳化物富Hf和Ta元素,M6C富W和Cr元素,M23C6富Cr元素,存在极少量主要富B、Ti元素的MB2硼化物。随着Al含量的升高,三种不同Al含量合金的液相线温度不断下降。合金II中无M6C相析出,合金III析出大量β（NiAl）相。900℃下合金Ⅱ中γ’相含量最多。JMatPro模拟计算发现,Al元素由5.5%增加到8.5%,合金γ’相析出温度先升高后降低。随Al含量的增加,合金中MC碳化物的析出温度不断提高。Al含量超过7.6%后有害相NiAl相出现,且随Al含量的增加,析出量增加。TCP相（σ相、μ相）随Al含量的升高析出温度和析出量都增加。合金的晶格错配度负值增大。四种合金的室温拉伸强度,随Al含量升高,室温拉伸强度先升高后降低,合金II的室温拉伸强度最高。K4002合金铸态组织呈典型枝晶特征,枝晶间分布块状或条状的MC碳化物和葵花状或半葵花状的γ/γ’共晶。Al含量增加,合金中NiAl相含量逐渐增加,在合金Ⅲ中析出少量α-W;合金Al、Ti、Co、W元素偏析程度趋于降低,Cr、Ta元素由负偏析元素变为正偏析元素。经时效热处理后,合金Ⅰ～Ⅲ中共晶及NiAl相的量逐渐减少,合金I中NiAl相基本消失。室温下,K4002合金抗拉强度最高。1200℃下,合金I抗拉强度最高。1200℃拉伸下,K4002合金和合金I,裂纹源主要产生于共晶相与碳化物的界面处,合金Ⅱ和合金Ⅲ的裂纹源主要产生在共晶相和NiAl相的界面处。