冷坩埚电磁约束成形与定向凝固技术对于探索高质量钛铝基合金的制备成形具有重要意义。本文在设计并制造大宽厚比(3:1)扁形水冷铜坩埚的基础上,通过对冷坩埚内磁场分布的测量和研究,与原有大宽厚比(2.5:1)冷坩埚进行了比较,并分别运用这两种不同宽厚比的冷坩埚对钛铝基合金进行了定向凝固实验,获得了具有定向凝固组织的钛铝基合金扁锭。利用小线圈法测量了冷坩埚内空载时不同位置、不同功率下的磁场分布规律。在冷坩埚内部截面轮廓线上,磁感应强度在窄边区域较大,在窄边开缝附近磁场较强,在宽边中间开缝附近磁场较大,向两侧未开缝处递减,即磁感应强度的分布不再是简单的马鞍型,而是呈“W”或者多“W”形,但总体来说相差不是太大,坩埚内部磁场分布比较均匀。磁场强度沿坩埚轴向变化较大,且最大值出现在线圈高度中部,然后向两端衰减,向上衰减缓慢,向下衰减却剧烈;磁场强度随功率的增大而增加,越靠近线圈高度中部,磁场强度增加幅度越大,而两端增加幅度则较小。通过定向凝固实验对比研究,在减薄壁厚,优化开缝结构和开缝布局的情况下,大宽厚比(3:1)扁形冷坩埚的效率得到了大幅度的提高,和原有的宽厚比2.5:1的冷坩埚相比,可以减少功率消耗近40%,这满足了在现有设备功率条件下,能充分提高熔体过热度的要求。用宽厚比2.5:1和3:1的冷坩埚对钛铝基合金分别进行了定向凝固实验。观察和分析了试样粘连、驼峰崩溅、表面褶皱等缺陷的形成机理和预防措施。分析了抽拉速度、底托引料和线圈的相对位置、引料和上送料棒的相对位置等工艺参数对坯锭表面质量的影响。采用2.5:1的冷坩埚,对Ti4Al3Si(at%)定向凝固时发现在功率62 - 65kW ,抽拉速度0.8 -1.4mm/min,引料顶部在线圈中间位置,引料和上送料棒间距14-18mm的参数下,铸锭表面质量较好,内部组织定向性也较好;采用3:1的冷坩埚,对Ti50Al(at%)进行定向凝固时发现在功率35-40kW,抽拉速度1-2mm/min,引料顶部位于线圈中部,引料和上送料棒间距15-20mm的参数下铸锭表面质量较好,内部组织定向性也较好。通过凝固设备的淬火机构淬火,保留了凝壳形貌,分析了凝壳的形成方式和作用,描述了冷坩埚定向凝固机理。结合凝壳形貌分析了固液界面空间形态,固液界面在空间上是一个近“U”形曲面,曲面底部沿宽边随缝布局出现波浪式起伏,在窄边区域近似于平直,在宽边中部区域,固液界面两侧稍微上翘,并且随着抽拉速度的增大固液界面趋于平直。最后分别研究了Ti43Al3Si(at%)和Ti50Al(at%)的微观组织,测试了室温拉伸性能和微观硬度,定向区为全片层(α2/γ)组织,Ti43Al3Si的拉伸性能优于Ti50Al。