單晶合金由于成分上的特點，使其顯微組織基本上成為由γ+γ' 兩相組成，這為合金成分設計帶來方便。日本金屬技術研究所對單晶合金設計方法進行了深入研究，先后提出多種設計方法，其中“新成分設計流程”和d電子合金設計法較為成熟，并分別研制成功性能較高的TMS系列和TUT系列單晶合金。前一種方法是先設計γ'相的成分，然后再計算固溶體成分和合金成分，γ'相的體積分數可任意選取，由于γ'相的數量及相應的反相界能等參數是最主要的強化因素，所以這種方法可使設計計算直接針對物理實質，加之其各種回歸方程精確度較高，使計算結果較為可靠而且便于性能平衡。采用這種方法研制出了TMS系列合金，其中TMS26的耐溫能力（按137MPa、1000h 計）比PWA1480 高65℃,比第二代單晶合金PWA1484高37℃.d電子合金設計法的基礎源于用DV-X法對面心立方原子團（MNi12Al6)進行分子軌道計算，提出了估價所加入合金化元素的作用和性質的兩個參數：一個是反映合金元素對共價鍵貢獻的原子間結合次數B.,另一個是反映合金元素電負性和原子半徑綜合效應的分子軌道d能級Ma,按照每個元素的B.和M.值，計算設定成分的平均B和平均Ma,再分別計算合金的凝固溫度范圍，熱處理窗口，γ'相體積分數，γ'相和γ相的成分以及TCP相析出傾向等參數，最后確定綜合性能最高而相穩定性好的合金，此方法理論性強、精確度高、周期短、成本低。N.Yukawa等人采用這種方法設計出了性能水平相當于PWA1484的TUT92和TUT95單晶合金。中國科學院金屬研究所與日本豐橋技術科學大學在合作研究中成功地應用了d電子合金設計法，研制出了持久強度水平很高的抗腐蝕鎳基單晶合金。d電子合金設計法不但可以用來設計新合金，而且可以用來對現有單晶合金進行分析、評價和改進。日本豐橋大學曾報道，按 d 電子參數來定量地預測各種合金元素在γ和γ'相中的分配，其計算結果與試驗值相當吻合。
鎳基高溫合金作為在各種航空、航天發動機和燃氣輪機中使用的主要材料，其應用價值的重要性是不言而喻的。因此，需要針對具有優異綜合性能的鎳基高溫合金的成分與制造過程、組織與性能進行深入研究。本書在總結前人有關研究成果的基礎上，以新型鎳基鑄造高溫合金的開發及性能研究為主線，對兩種新型鎳基鑄造高溫合金進行了系統闡述，結合X射線衍射儀（XRD)、透射電子顯微鏡（TEM)、掃描電子顯微鏡（SEM)、電子探針（EPM)和圖像分析儀等測試與分析手段，探討了鑄造鎳基高溫合金有害元素的存在形態、結合合金的組織及性能、熱處理工藝等，用理論測算和實驗相結合的辦法，對鎳基單晶高溫合金中γ相和γ'相元素的分布特征、組織穩定性及持久性能等進行分析。
本書共分為7章，第1章為鎳基鑄造高溫合金的基礎理論，是全書的基礎和鋪墊。介紹高溫合金、鎳基鑄造高溫合金的基礎理論、發展趨勢以及面臨的問題及挑戰等。第2章著重闡述了鎳基鑄造高溫合金的成分設計及熔煉工藝。第3章為鎳基鑄造高溫合金的組織及熱處理，詳細分析了新型鎳基鑄造高溫合金的組織特點及熱處理對其組織和性能的影響。第4章為鎳基鑄造高溫合金的性能描述，主要探討了合金的物理性能、力學性能和焊接性能等。第5章介紹了鎳基單晶高溫合金中氧、氮、硫的存在形式，揭示了合金中氧、氨、硫的含量及存在形態對性能的影響。第6章的內容圍繞鎳基單晶高溫合金鑄態組織及y相和y'相合金元素分布特征進行了深入的分析。第7章討論了鎳基單晶高溫合金的組織穩定性和持久性能，給出了合金的 Larson-Miller曲線等。希望通過本書的出版起到拋磚引玉的作用，能有助于鎳基鑄造高溫合金的發展，能夠豐富新型鎳基鑄造高溫合金的設計理論基礎，并為具有優異性能的新型鎳基鑄造高溫合金早日工業化貢獻一份力量。本書的研究工作得到了鋼鐵研究總院的幫助，特此向所有支持和關心本項研究的單位和個人表示衷心的感謝。還要感謝冶金工業出版社編輯為本書的出版付出的辛勤勞動。本書編寫過程中參閱了有關文獻和書籍，并均已收錄在參考文獻中，在此作者對相關文獻作者一并致謝。由于作者水平所限，書中不妥之處歡迎廣大讀者不吝賜教。
