镍基单晶高温合金在高温下具有优良的蠕变性能、氧化抗力以及组织稳定性,而被广泛应用于先进航空发动机与燃气轮机的重要热端部件。合金化是单晶高温合金问世以来最重要的强化方式,其中Re元素作为第二、三代单晶代表元素,可大幅度提高单晶合金蠕变抗力,然而Re在地壳中储量稀少,导致价格高昂,过度引入Re元素带来的合金成本攀升问题亟待解决。因此,本文首先探究了Re含量变化对低成本单晶合金的高温蠕变性能及组织稳定性的影响,澄清了Re元素的综合作用机理。从而通过合金成分优化与显微组织调控,设计出一种新型低铼高性能镍基单晶高温合金。在室温至1120℃范围内测试了上述合金的拉伸性能,于不同蠕变条件测定了合金的蠕变性能,并在高温1120℃下探究了合金的氧化行为。研究结果表明:随Re含量的提高,合金中枝晶间距不断减小,在标准热处理后,合金中γ’相的尺寸降低而体积分数有所提高。经过1120℃长期时效,随Re含量的提高,组织中析出的TCP相总量不断升高,且其形貌由棒状演化为针状和短棒状。不同形貌的TCP均被鉴定为μ相。此外,含1wt.%和2wt.%Re的两种实验合金具有相当的高温蠕变性能,这与Re元素在单晶高温合金中的综合效应有关。随着拉伸温度的升高,新型低成本合金的屈服强度先升高而后降低,在760℃时达到峰值,同时合金呈现出塑性低谷。利用透射电镜对合金变形机制进行分析,在室温下,合金的变形机制为界面位错切割γ’相同时分解出层错,在980℃下转变为以反相畴界分开的位错对切割γ’相,而在760℃下这两种机制共存。当温度达到1100℃,位错的攀移以及Orowan绕过机制开始起作用,合金的塑性也因此得到提升。新型合金在1120℃/137MPa,1100℃/137MPa和760℃/800Mpa条件下蠕变寿命分别为121.0、215.6和200.5小时。通过断口观察发现,高温下合金具有韧性断裂特征,而中温蠕变断口呈现以解理为主的混合断裂。此外,合金在高温蠕变断裂后,变形组织中出现了a<101>型超位错对,其位错线较短,并在加速蠕变阶段大量切入γ’相。在1120℃下观察到另一种a<010>型超位错,其可动性较差,有利于降低合金的蠕变速率。新型合金在1120℃下的氧化动力学曲线呈现出三个阶段,第一阶段的动力学符合立方规律,外层NiO,内层Al₂O₃以及少量尖晶石在此阶段形成。但NiO很快从表层脱落,Al₂O₃层的连续性也被破坏。合金中的W元素和Mo元素在第二阶段被严重氧化,生成大量无保护性的NiWO₄和NiMoO₄相,显著提高合金增重速率。随着氧化时间延长,致密的Al₂O₃膜重新形成,阻碍了合金的氧化过程。