随着燃气轮机涡轮进口温度的增加,需要承温能力更强、微观组织更加稳定的抗热腐蚀定向凝固镍基高温合金。本文以DZ411合金为研究对象,使用ProCAST软件模拟了高速凝固法（HRS）和液态金属冷却法（LMC）定向凝固过程中合金的温度场和晶粒组织。通过电弧熔炼得到了3种不同Ta含量（2.72,3.10和4.00 wt.%）的合金铸锭。使用LMC方法对3种不同Ta含量合金进行定向凝固,并且在相同条件下进行热处理,将完全热处理后的合金在950℃条件下保温不同时间,研究了Ta含量对合金定向凝固组织、热处理组织和等温长期时效组织稳定性的影响。为抗热腐蚀定向凝固镍基高温合金的发展提供了理论支撑。ProCAST模拟结果表明LMC方法提高了合金的温度梯度,导致合金的糊状区宽度减小,且凝固界面更加平直,晶粒取向偏离角更小。LMC方法具有更高的温度梯度和冷却速率,因此,不同凝固方法的实验结果表明LMC方法获得的合金枝晶组织和显微组织（碳化物、γ’相）的尺寸较HRS获得的合金小,面积分数较HRS获得的合金大。JMatPro模拟和差热扫描量热仪（DSC）实验结果表明随着Ta含量的增加,合金的凝固区间增大。因此,定向凝固过程中,合金的一次、二次枝晶间距增大。另外,Ta含量的增加使Ta在液相的偏析加重,导致枝晶间碳化物和共晶的面积分数增加。Ta含量的增加使基体的饱和度增大,导致γ’相的形核数增加,γ’相之间的距离减小且γ’相的元素扩散重叠,因此γ’相的尺寸减小。Ta含量的增加增大了γ基体和γ’相之间的错配度,因此,γ’相的立方度增加。固溶处理后合金中的元素分布趋于均匀化。共晶的溶解导致基体的饱和度增加,且溶解能力随饱和度增加逐渐降低,4.00 Ta合金中基体溶解的共晶最多,基体饱和度最大,最后导致部分共晶无法溶解从而保留下来。Ta含量的增加使合金中MC碳化物增多,因此在固溶处理时,由MC分解得到的M23C6碳化物增多。Ta是γ′相的形成元素,二次时效过程中,随着Ta含量的增加γ基体通道上析出的二次γ′相数量更多。Ta含量的增加使γ和γ′相的界面能降低,因此γ′相的粗化系数降低,根据Lifshitz-Slyozof-Wagner（LSW）模型,γ′相的粗化趋势减小。同时,原子mapping的结果表明Ta含量的增加使γ′相中更多的Al原子被Ta原子替换,Ta在γ′相中的扩散速率小于Al,所以Ta含量的增加降低了γ′相的粗化趋势,延缓了等温长期时效过程中γ′相的的聚结。