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本文系统地研究了TiAl包晶合金定向凝固过程中相和组织的选择规律。在理论上预测了可能存在的相和组织形态,并通过实验得到了包晶合金定向凝固过程中界面形态的演化,两相竞争生长,两相共生生长和带状组织等凝固现象,为进一步控制TiAl合金的定向凝固组织奠定了基础。计算了TiAl合金各凝固相的界面响应函数,结合最高界面生长温度判据,分析了TiAl合金定向凝固过程中的初生β相和包晶α相的相和组织选择规律,确定了以成分与G/ V为框架的Ti-(44-50)Al合金组织选择图。在考虑成分过冷和充分形核假设的条件下,利用近稳态包晶合金组织选择模型(NCU),确定了Ti-(44-50)Al合金的组织选择图,结果表明在低速生长条件下两者结果一致。进而利用NCU模型计算了Ti-(50-58)Al成分范围内的组织选择图,为确定典型合金成分及工艺参数奠定了基础。对Ti-Al二元系等原子比附近的两个连续包晶反应内的四个成分,在温度梯度为100K/cm和80K/cm、凝固速度2μm/s到25μm/s范围内进行了定向凝固实验。从宏观和微观上分析了TiAl合金定向凝固组织,确定了合金成分和凝固速度对最终凝固组织的影响。Ti-(44-50)Al合金定向凝固组织得到柱状晶的竞争生长,描述了初生β相和包晶α相的竞争生长关系,分析了包晶凝固过程对组织的影响,揭示了凝固组织中初生β相和包晶α相的竞争生长形成机制。得到了Ti-(44-50)Al包晶合金定向凝固过程中界面形貌演化规律,从平界面向胞晶/枝晶界面转化,实验结果与理论计算结果吻合较好。在生长速度为2.8μm/s和6.7μm/s,温度梯度为100K/cm的条件下,Ti-52.5Al合金定向凝固组织中出现了初生α相与包晶γ相交替生长的带状组织。当γ相和α相的交替带状组织完全消失后,出现了β相、α相和γ相三相均为胞状界面的协同生长。Ti-52.5Al合金在生长速度为6.7μm/s,温度梯度为80K/cm的定向凝固条件下得到了初生α相与包晶γ相的共生生长组织。理论上分析了共生生长的基本特征,并将共晶合金的共生生长与包晶合金共生生长进行比较,确定了包晶合金共生生长的条件,建立了包晶合金稳态过热生长模型。Ti-52.5Al合金在定向凝固过程中不但存在着α相和γ相的共生生长组织,还存在α相离散的带状组织、α相的岛状生长、振荡组织、以及出现α单相—α相和γ相的共生生长—α单相的混合带状组织。带状生长和共生生长的形成是温度梯度、溶质浓度、初生相与包晶相的形核析出以及各相竞争生长等多个因素共同作用的结果。从形核、溶质浓度和相的生长速度等几个方面分析了初生相与包晶相的竞争生长关系,揭示了带状生长、共生生长、振荡组织等各种组织生长形态的形成机制。