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目前,高性能镍基变形高温合金的高温强度和承温能力的提升主要是通过合金化强化来实现的。然而,高合金化程度在提高合金高温强度和承温能力的同时,不仅提高了合金的制备成本和回收利用难度,而且降低了合金的热变形能力和组织稳定性,使其面临“强化易、变形难”的瓶颈问题。现有的变形高温合金强化方式,如固溶强化、沉淀强化、细晶强化和位错强化,在提高合金强度的同时会损失一定的塑性和韧性,导致合金强度和塑/韧性出现倒置的关系,难以解决传统合金化带来“强化易、变形难”的瓶颈问题,急需引入一种新的强化方式来解决其瓶颈问题。值得注意的是,孪晶界面具有较低的界面能和较高的稳定性,不仅能够提高合金的抗氧化和耐腐蚀性能,而且能够提高合金的焊接性能和稳定性,还能提高合金的高温强度和蠕变性能。因此,孪晶界面有作为一种强化镍基变形高温合金强化机制的潜力。鉴于此,本文以单一奥氏体结构的GH3625合金作为模型材料,研究合金中孪晶界的形成机理、影响因素、调控方法、稳定性原理及其与位错的交互作用机理,对孪晶界面调控在变形高温合金中的应用探索提供理论依据和技术支撑。本工作首先利用具有高应变、高应变速率的表面机械滚压处理（SMRT）和表面机械碾压（SMGT）技术来调控GH3625合金中变形孪晶的含量和尺寸,研究了合金中变形孪晶的影响因素及其形成机理。结果表明,通过SMRT和SMGT技术均在GH3625合金的亚表层（中高应变和应变速率区）中引入了高密度的纳米变形孪晶结构,其纳米变形孪晶结构层的厚度受工艺参数的影响。同时,随着应变和应变速率的增加,纳米变形孪晶的密度增加,而纳米变形孪晶的片层厚度减小;此外,孪生变形是GH3625合金中变形孪晶的形成机理,在塑性变形过程中Shockley不全位错在相邻{111}面上滑动产生的多个层错动态叠加形成了纳米尺寸的变形孪晶。通过形变热处理技术来调控GH3625合金中退火孪晶的形态和含量,研究了合金中退火孪晶的演变规律、影响因素及其形成机理。结果表明,GH3625合金在形变热处理过程中发生再结晶时,由于晶粒―生长意外‖导致形成大量的退火孪晶,其主要以A型、B型和C型的形态存在,只有少量的退火孪晶以―孤岛‖型的形态存在;同时,预变形量和退火条件的相互影响可使预变形量为50%的GH3625合金在1120℃退火15min后退火孪晶界分数和密度达到最大值,分别为52.88%和0.211μm/μm~2;此外,GH3625合金中出现了具有Σ3n的取向关系的―团簇‖型退火孪晶界,这是再结晶过程中多重孪晶演化的结果。利用非原位EBSD技术研究了热作用下GH3625合金中退火孪晶界的演变规律及其作用;进一步结合原位EBSD和非原位TEM技术研究了室温加载下合金中退火孪晶界的演变规律及其与位错的交互作用。结果表明,GH3625合金中退火孪晶界在700℃及以下具有良好的热稳定性,这归因于孪晶界具有低晶界能和低迁移率以及时效过程中析出的γ’’和δ相对孪晶界迁移的钉扎作用;同时,这种具有高热稳定性的退火孪晶界、包含孪晶界的三叉晶界以及时效过程中析出的γ’’和δ相共同对晶界迁移的钉扎作用,使得合金在该温度下具有较高的组织稳定性。在初始变形期,合金中退火孪晶界保持稳定;随着应变的增加,退火孪晶界与位错反应使得孪晶界逐渐失去共格性并向随机大角度晶界转变,然后部分转变为小角度晶界。此外,合金优异的力学性能归因于晶界和预先存在的退火孪晶界与位错的交互作用以及在拉伸变形过程中形成的层错和纳米变形孪晶。利用室温拉伸实验和EBSD技术研究了不同含量的孪晶界对GH3625合金组织和性能的影响,并定量表征了孪晶界对合金屈服强度的贡献。结果表明,位错滑移和孪生变形共同导致粗大的变形晶粒具有强的Brass取向{110}＜112＞和高的位错密度,而再结晶导致细小的等轴晶粒具有弱的Cube取向{001}＜100＞和低的位错密度。同时,在动态或静态再结晶过程中形成了退火孪晶。此外,通过热/冷变形和随后的热处理可以提高合金中退火孪晶界的含量,这些孪晶界的存在不仅可以通过孪晶界分割机制细化合金晶粒,而且可以优化合金晶界特征来提高合金的组织稳定性,还可以通过孪晶强韧化机制提高合金的屈服强度并保持良好的塑性。最后,考虑到内在因素（初始晶粒尺寸、晶粒取向和层错能）对GH3625合金孪生变形的影响,利用原位中子衍射和非原位TEM技术,从宏观、细观和微观的角度研究了晶粒尺寸对GH3625合金弹-塑性变形行为及孪生行为的影响,探讨了晶粒尺寸、晶粒取向和层错能对合金孪生应力的影响规律。结果表明,GH3625合金表现出强的晶体弹性和塑性各向异性;晶粒细化不仅可以提高合金的衍射弹性模量Ehkl、改善多晶变形的协调性和均匀性,而且可以提高室温下合金的屈服强度。中子衍射分析和TEM观察证实了粗晶合金试样的变形机制主要以位错滑移和形成层错为主,而细晶合金试样仅以位错滑移变形;同时,粗晶合金试样在较高的应变下表现出略高的加工硬化率与形成层错有关。此外,在特定的宏观应力下,与高应变区相比,晶粒取向有利于在低应变区发生孪生变形。