基于燃气轮机的发电方式有诸多优势,而使用燃气轮机作为动力的舰船具有机动性好,隐蔽性强等优点。因此,燃气轮机受到国内外重视,但是其中的涡轮叶片制备技术限制燃气轮机的广泛应用,尤其是国内在这方面存在大的差距。这主要是因为受到燃气轮机叶片尺寸增大,材料中高温难熔元素的添加,以及更复杂冷却通道的设计等因素的影响,利用传统技术制备的燃气轮机叶片中雀斑等缺陷形成倾向增加。雀斑缺陷降低铸件高温力学性能,无法通过后期的热处理和机加工进行消除。目前,大部分有关雀斑的研究集中在雀斑形成的数值模拟与可视化以及预测雀斑的判据的完善上,使用的试样截面简单且尺寸小,或使用低熔点合金作为研究对象。这与真实的燃气轮机叶片特征有大的差异。现有的预测方法复杂,不适用于预测大尺寸且形状复杂铸件中雀斑形成。同时,现有的降低雀斑形成倾向的方法,在实际应用中大都存在一些不足。另外,目前还没有将行波磁场应用到高温合金定向凝固中来控制雀斑形成的研究,能否用行波磁场降低雀斑形成倾向还是未知的。因此,有必要针对以上所述问题进行研究。本研究使用与真实叶片中截面变化特征一致的变截面试样,主要以制备燃气轮机叶片用的CMSX-4高温合金为研究用合金,在传统的Bridgman型定向凝固炉上进行实验。设计不同的实验条件,借助宏观及微观腐蚀技术,电镜技术与数值模拟等多种分析手段对试样中雀斑缺陷进行研究。主要研究结果有:（1）在这种截面变化试样中,雀斑通常分布于变截面平台以上2-15 mm的试样表面,这种截面的突变会促进雀斑的形成。截面由小到大的突变使变截面平台以上的枝晶生长速率由快向慢转变,同时使排出到枝晶间的溶质增多,使枝晶间熔体流动速率大于枝晶生长速率的倾向增加,促进雀斑在试样变截面平台以上区域出现。另外,凝固界面的下凹使得枝晶间偏析熔体在水平方向上存在压力差,促使偏析熔体在向上流动的同时向试样表面或棱边流动,最终使雀斑在试样表面形成并向棱边倾斜。试样顶部状态通过影响凝固条件对雀斑形成产生影响;合金成分及试样尺寸对截面变化试样中雀斑形成的影响与均匀截面试样中的一致。随着抽拉速率的增加,雀斑数量显著减少。（2）提出了一种预测大尺寸复杂形状定向凝固铸件中雀斑形成的方法。该方法由简化的理论模型与模拟相结合,经过多种参数下截面变化试样定向凝固实验的验证,并可应用于模拟叶片铸件中雀斑的预测。（3）在变截面平台底部嵌入石墨块能够降低该区域雀斑的形成倾向。实验结果显示,嵌入石墨块后试样上的雀斑完全被消除。在变截面平台底部嵌入石墨块,降低平台底部的热阻,增大有效换热系数,改善局部的冷却条件。温度梯度G得到提高,局部的冷却速率R增大,细化组织,减小一次枝晶臂间距;变截面区域的G/R值增大,使枝晶向胞状枝晶转变;另外,平台区域的凝固界面也趋于水平。在模壳顶部添加辐射挡板,显著提高平台区域凝固速率,增大了枝晶生长速率大于枝晶间液相流动速率的倾向,降低了枝晶被重熔折断的可能性,从而降低雀斑形成倾向。（4）施加合适的行波磁场能够降低雀斑形成倾向,并且施加向上的行波磁场能显著降低试样内部雀斑形成倾向。行波磁场通过以下几个方面对雀斑形成产生影响:洛伦兹力作用于液相,改变液相流动速率,引起糊状区溶质偏析程度变化,进而改变对枝晶臂的抑制重熔作用;同时,这种流动变化还会改变对枝晶臂的剪切作用;另外,洛伦兹力还直接作用于枝晶臂,对枝晶碎片的形成产生影响。在行波磁场作用下,通常的利用瑞利数大小来判断雀斑形成倾向的方法不再适用。