真空感应电极是镍基高温合金生产的基本环节。若电极出现开裂,则严重影响合金的后续精炼过程,导致自耗冶炼或电渣重熔过程中的电压、电流、熔速和熔滴率等工艺参数大幅度波动,造成金属熔池液流扰动,最终使材料出现黑斑、白斑和点状偏析等宏观缺陷,导致铸锭产品判废。为此,本文针对典型镍基高温合金电极锭的开裂行为及机制展开研究,揭示一次枝晶臂和二次枝晶臂间距大小、枝晶偏析程度以及碳化物分布等对合金开裂行为的影响规律。同时,研究时效过程中镍基高温合金γ’相析出量、形状和尺寸及其与基体的错配度演化规律,探究γ’相的析出对合金内应力的影响规律,以期为真空感应炉熔炼镍基高温合金时避免电极开裂提供重要理论依据。研究发现,GH4105合金电极锭由铸锭表面向铸锭中心,随冷却速度的减小,一次和二次枝晶臂间距明显增大。在距铸锭表面15mm的相同冷速下,无裂纹处、微裂纹处以及主裂纹断裂处的二次枝晶臂间距的平均值分别为61μm、81μm和12μm。垂直于一次枝晶生长方向的800℃拉伸结果表明,随二次枝晶臂间距的减小,合金的高温强度和塑性均提高。二次枝晶臂的粗化行为使合金的强度和塑性降低,易在应力作用下导致合金的开裂。热力学计算表明,由于微观偏析所造成的合金成分不均匀,导致合金在一定位置区域内结晶温度产生明显差别,后凝固区域受拉应力作用在枝晶间和晶界的热裂纹形成倾向增大。富Ti和Mo的MC型碳化物主要分布在枝晶间区域和晶界上,呈不规则的块状和条状,具有尖锐的棱角,碳化物使凝固过程中产生的应力不易释放,容易在碳化物和基体界面产生应力集中,形成微裂纹。通过GH4742合金固态相变过程中γ’相析出行为对内应力影响的研究发现,当时效温度为950℃时,随着时效时间的延长,γ’相体积分数增大;γ’相的晶格常数增大,γ相的晶格常数减小,γ和γ’相晶格错配度增大;γ’相形态没有变化,呈球形,但尺寸增大;合金内应力增大。当时效温度为1050℃时,随着时效时间的延长,γ’相的体积分数增大;γ’相的晶格常数增大,γ相的晶格常数减小,γ和γ’相晶格错配度增大;γ’相的形态由球形转变为立方形,尺寸增大;合金内应力增大。由于γ’相的析出行为所造成的合金内应力增大会增加合金热裂倾向。