TiAl合金是一种比较理想的、可以应用于航空航天发动机领域的先进材料。在TiAl合金中加入适当比例的Nb元素,不仅能够使TiAl合金的高温力学性能、抗腐蚀能力和抗蠕变抗性显著提高,而且还可以保持较低的密度。此外Nb元素的添加在一定程度上还能够使TiAl合金的室温塑性得到改善,因此人们在Ti-Al-Nb三元合金的凝固组织、加工性能以及力学性能等方面给予了广泛的关注。本课题从相图热力学计算和定向凝固试验两个方面对Ti-45Al-5Nb合金在定向凝固过程中的组织演化规律进行了系统的研究。首先利用Thermo-Calc软件结合TT-TiAl数据库对Ti-Al-Nb三元合金的相图进行了计算,为分析Ti-45Al-5Nb合金在平衡凝固条件下的凝固路径以及定向凝固组织和相组成奠定了一定的理论基础。其次,研究了Ti-45Al-5Nb合金在定向凝固过程中的组织演化规律,并根据实验结果讨论了初生相对凝固组织的影响。对Ti-Al-Nb三元合金的等温和变温截面相图进行计算后得到:平衡凝固时Ti-45Al-5Nb合金的初生相为β相;并分析了Ti-45Al-5Nb合金的平衡凝固过程以及相选择规律。最终得到Ti-45Al-5Nb合金的平衡凝固路径为:在不同凝固参数G/v的条件下,进行了一系列的定向凝固实验,分析实验结果可知试样沿着定向生长方向可以划分成原始铸态组织区、竞争生长区、稳态生长区、α单相区、糊状区和淬火区,在这几个区域中还存在着以下几个明显的界面:定向凝固启动界面、共析转变界面以及固-液界面;经过竞争生长,合金定向凝固启动界面处的组织特征遗传到了稳定的定向生长阶段,并对最终的片层组织取向产生了很大的影响。此外,Ti-45Al-5Nb合金在定向凝固过程中,由于处于非平衡态,因此其凝固路径与理论计算结果有一定程度的差异:在实际的定向凝固过程中,低速时,Ti-45Al-5Nb合金首先在液相中析出β相胞/枝晶,高速时合金熔体直接析出α相枝晶,此时的凝固过程更类似于α相单相凝固。