近些年研究结果表明,在某些高温合金中加入适当含量的P元素,能显著提高合金的持久及蠕变性能。因此,关于P的作用研究成为热点问题。但由于高温合金中的合金元素种类多至十余种,使得P的作用及机理研究变得复杂。因此,本文并未选用现有牌号的高温合金,而是设计了更便于研究的新合金体系。首先,在综合分析确定Ni-Cr系合金及Ni-Cr-Fe系合金基体均为稳定γ相的前提下,调整Ni、Fe含量的比例。其次,合金中除了加入P以及少量用于强化晶界的C外,不加入Al、Ti、Nb等强化元素,排除γ’及γ"相的干扰。最后,通过调整合金中的P含量,对比分析P与主要基体强化元素间的交互作用,为深入了解P在合金基体中的强化机理,提高合金使用性能以及发展新合金提供可参考的方法及途径。本文首先研究了 P对Ni-Cr系合金的铸态组织,轧态组织以及不同热处理条件下力学性能的影响。结果表明,P含量的提高,细化Ni-Cr合金的铸态组织,减小Cr元素在铸态组织中的偏析。P抑制轧态合金中α-Cr相的析出。分析认为P除了在晶界存在“优先占位”现象外,P还降低了Cr在α-Cr相的活度系数,从而降低其析出驱动力。P含量的增加使得轧态合金的拉伸强度下降,但冲击性能上升。通过固溶处理将α-Cr相完全溶解之后,P对合金的拉伸性能无明显影响,但仍会提高合金的冲击性能。同时,固溶P原子对冲击试样中的位错组态影响显著,证明固溶态的P原子对合金基体有重要作用。本文也研究了 P含量变化对Ni-Cr-15Fe系合金的晶粒形核及长大的影响。P含量的提高显著影响合金的铸态枝晶组织,明显促进了晶粒生长,抑制晶粒形核。同时,在枝晶间的区域以及晶界上形成大量的P化物,说明过饱和P原主要存在于未凝固的剩余液体中,在最后凝固析出。除了晶界和枝晶间析出相以外,当P含量高于0.27wt.%时,晶内有含P的M23C6相析出,说明晶内的P原子已达饱和状态。能谱结果显示,距离晶界越近,P含量越高,证明了 P确实有向晶界偏聚的趋势。Fe含量的变化也显著影响了含P的Ni-Cr-Fe系合金凝固组织,元素偏析及力学性能。结果表明,Fe含量的增加,细化铸态枝晶组织。随着Fe含量的增加,P在枝晶中的富集位置逐渐由枝晶间向枝晶干转移,说明Fe含量的增加提高了P在基体的固溶度。枝晶间及枝晶干的硬度变化也证实了 P原子在基体中的固溶强化作用。Fe含量的增加,降低固溶态合金的拉伸性能及持久性能,断裂方式也由穿晶断裂向沿晶断裂转变。基于之前对Ni-Cr系及Ni-Cr-Fe系合金的结果,着重研究了 Ni-Cr-15Fe系合金及Ni-Cr-30Fe系合金在不同P含量下的组织性能变化。结果发现,P含量的增加促进晶界M3P相的析出,在蠕变初期起到强化晶界的作用。晶内显微硬度的变化,证明P在基体中的固溶强化作用是提高晶内强度的关键,也是蠕变性能提高的主要原因。证实了 P的有益作用确实具有合金选择性,在较低Fe含量的合金中,适当提高P含量既可以通过析出相强化晶界,也可发挥P在晶内的固溶强化作用,使其性能达到最优。