本文通过原位观测试验、材料表面损伤表征、晶体塑性有限元模拟等方法,研究了定向凝固合金在中高温下不同晶向的疲劳损伤机理。首先对定向凝固板材取样,通过扫描电镜和纳米压痕确定了材料的晶向和基本力学参数。随后开展原位观测的拉伸疲劳试验,设置了两种不同晶向和300℃、600℃共四种工况,并实时捕捉到了疲劳裂纹的萌生及扩展过程。发现裂纹主要萌生在应力集中的危险区域,裂纹的扩展行为受到主导滑移系的影响且同一试件上多条裂纹间存在“竞争”关系。此外还发现就裂纹扩展速率而言,高温工况和纵向截面晶向的裂纹扩展速率较快。随后对试验件表面进行晶向表征。借助于电子背散射衍射镜,对同一试件相同位置分别测定了损伤前后晶向,对比了损伤前后材料表面微细观结构特征的变化。重点针对裂纹周围及滑移线区域,采用晶粒取向偏转和几何必需位错密度表征损伤程度,定量分析了试件疲劳损伤在目标区域的累积行为。将损伤分析扩展到了滑移系层面,探究了定向凝固合金的拉伸疲劳破坏方式,发现不同晶向的位错密度主导滑移系不同。最后,考虑到多晶合金晶粒取向建立有限元模型。根据晶体塑性本构,以累积塑性应变和应力结果作为基础,预测裂纹萌生位置,部分工况累积塑性应变结果与实际裂纹萌生位置取得较好吻合,验证了晶体塑性有限元模拟结果的准确性。