本论文主要利用以基于元胞自动机原理ProCAST有限元软件，通过模拟与实验相结合的方法，对HRS工艺制备单晶高温合金进行了研究。针对螺旋选晶器的选晶行为，复杂几何构件中杂晶形成和生长，以及枝晶之间的竞争生长过程等问题展开了研究和探讨。　　 选晶器的起始段和螺旋段几何尺寸都对选晶过程有重要的影响。具体来说，对于起始段，随着高度的增加，晶粒取向会得到持续优化，但是取向的优化速度随着高度的增加逐渐减缓，效率降低。而减小起始段的直径，则会提高优化取向的效率。同时，研究发现，排布位置对选晶过程影响较小。　　 对于螺旋段来说，增加螺矩和起始角，选出单晶需要的高度会增加，而所需的转数减少。而螺旋段外径的减小和起始角的增加，选出单晶需要的高度和转数都相应增加，选晶效率降低。同时，随着螺旋面直径的增加，选出单晶需要的高度和转数都相应增加，选晶效率降低。　　 对复杂几何构件中杂晶形成和生长进行研究发现，构件中杂晶的形成和生长与缘板几何尺寸密切相关。其中，在小尺寸缘板中，原始晶粒以二次、三次等高次枝晶臂长入，边缘处未出现杂晶。在此缘板内侧(接近模组中心轴线一侧)，原始晶粒分出垂直一次枝晶方向的二次枝晶，横向长入缘板；在二次枝晶干上，又分出与一次枝晶生长方向相同的三次枝晶，长满整个缘板。而在外侧(接近炉壁一侧)，二次枝晶横向长入缘板的同时，在靠近中心位置和边缘处的二次枝晶干分枝出与一次枝晶平行的三次枝晶。而在边缘的三次枝晶干上，又分出高次枝晶，并与中心位置的三次枝晶相接触，形成复杂的枝晶回路。　　 在大尺寸缘板中，首先在边缘处形成大量细小的杂晶，这些杂晶通过竞争生长，只有少数晶粒存活，以枝晶方式长入缘板，并在中心附近与原始晶粒相遇，形成晶界。而原始晶粒不能通过高次分枝长入缘板，最终只能在缘板中心附近生长。同时还发现，杂晶的尺寸和数量随着缘板尺寸的增加而增加。　　 最后，利用双晶模型，在三维空间中对竞争生长理论进行了探讨。为了表示晶粒的三维取向对竞争生长过程的影响，可以定义三个方向矢量：第一个是与温度梯度平行的择优生长方向(Z)，一次枝晶生长方向在这个方向的分量决定了枝晶在糊状区中的位置：滞后或是超前。第二、三个矢量是与晶界垂直和平行的方向矢量x和y矢量，一次枝晶生长方向在两个方向的分量确定了枝晶对晶界的影响。通过建立这个三维坐标系，可以将以前的二维双晶模型扩展到三维空间，使得竞争生长模型更接近实际情况。