航空用发动机零部件中的涡轮叶片和机匣部分一般为熔模铸造工艺生产的精密铸件,这些精铸件往往都是结构复杂的大型精铸件,而且对于精铸件的尺寸精度和组织性能都有着非常严苛的要求。由于航空用精铸件的结构非常复杂且精铸件各部分冷速不均,从而造成合金熔体在凝固时产生不均匀性收缩。这一情况会造成最终铸件的尺寸形状与预先设计图纸不相符合,而且最终精铸件和设计图纸中尺寸差别一般被称为尺寸位移偏差。铸件尺寸精度影响着铸件的质量、加工工艺的选择以及最终产品的装配等等一系列问题。虽然熔模铸造的精铸件尺寸精度问题产生的原因比较复杂,但是最为主要原因是金属及其合金材料在凝固和冷却的过程中,由铸造工艺过程中自发引起的热应力造成的。这就为本课题的提出具有相当大背景因素支持,从而去认识和揭示铸造热应力引起尺寸偏差的一般规律。材料加工工艺的选择,会进一步影响材料的微观组织结构和其最终零部件的宏观性能尤其是力学性能。对于镍基高温合金来说,枝晶的演化机制决定了该种合金力学性能好坏。但是,枝晶的生长都是发生在镍基高温合金的固液相区凝固阶段,不能通过直接检测的手段进行观察。从而,为了搭建“工艺---组织---性能”三者之间的联系,需要开发和讨论出一种新型研究方案,从而能更好地去揭示镍基高温合金的凝固问题。本研究以铸态K4169镍基高温合金作为所选用的材料,以航空用发动机的特征铸件作为研究对象。运用现代物理技术和计算机数值模拟相结合的手段,研究铸件尺寸精度和凝固组织演化两大问题。本课题的主要结论如下:1、采用物理模拟手段可以再现K4169合金在熔模铸造过程中的加工工艺,从而获得高温力学参数,如杨氏模量、抗拉强度和屈服强度等。还从拉伸断口,断面收缩率方面结合K4169合金的硬化系数讨论了该合金的高温塑性。2、通过物理模拟手段获得K4169合金的力学性能,并用之来推导出的弹塑性模型,运用Pro CAST进行特征铸件尺寸偏移预测,基于实验数据得到弹塑性模型的尺寸偏差预测值与实际值吻合度极高。3、使用modeFORNTIER软件对熔模铸造特征铸件的合金浇注温度和型壳预热温度进行工艺参数优化。均匀拉丁超立方进行分层随机撒点,用KR算法对Pro CAST尺寸偏差结果搭建响应面模型,并用MOGA-Ⅱ算法进行寻优,最后使用MCDM进行迭代。得出的优化组和迭代组数据均小于原始值,从而有力的说明了该优化过程的可行性。4、引入高通量的实验设计思想,再现在实际铸造过程中的温度梯度和凝固速率两大凝固参数。通过线性拟合回归分析,研究凝固参数与微观组织生长尺度的关系:λ₁=0.2445G^-0.46V^-0.20,λ₂=103.3832（GV）^-0.44。同时,还讨论出固液相区渗透率λ₁/λ₂比值不是常数,而是在1.57～3.58范围内的波动值,二次枝晶间距的响应行为对凝固参数的变化比一次枝晶间距更为敏感。