亚快速凝固工艺不受工艺设备与产品尺寸的限制,易于产业化,且拥有快速凝固的众多优点,具有良好的应用前景。TiAl合金属于典型的包晶系统,凝固过程中冷却速度的变化会使其凝固组织呈现多种形态。采用亚快速凝固技术,可以最大限度发挥合金材料性能潜力。本文通过铸造不同厚度TiAl合金板材的方式来获得不同冷却速度的TiAl合金试样,以此来研究在亚快速凝固条件下,冷却速度对Ti-Al二元合金凝固组织、包晶点与Cβ点、固相转变温度的影响。首先通过数值模拟和实验相结合的方法确定冷却速度和壁厚的关系,进而研究在亚快速凝固条件下,冷却速度对TiAl合金凝固行为、凝固组织的形成和演化规律的影响,获得以下主要研究成果:1)亚快速凝固条件下,TiAl合金的凝固行为壁厚为1mm、2mm、4mm、6mm、8mm的Ti47Al合金冷却速度分别为1081K/s、490K/s、260K/s、170K/s、120K/s,拟合处理得到冷却速度与壁厚的关系式为:y=1074.81x-1.05随着冷却速度的增加,γ相与α2相的晶格常数减少,γ相的(111)面和α2相的(002)面的衍射峰向高角度偏移,正方畸变度(c/a)增加。冷却速度为1081K/s、260K/s、170K/s的Ti47Al合金包晶反应温度分别为1483℃、1472℃、1480℃;固相转变温度(α→α+γ)温度分别为1301℃、1304.8℃、1307℃。经拟合得到亚快速凝固的Ti47Al合金固相转变温度与平衡凝固固相转变温度的差值和冷却速度的关系式为:y=-50.33e x/79.69+50.35在亚快速凝固条件下,随着冷却速度增加,包晶反应点与Cβ点向高Al方向移动。与平衡凝固的包晶点和Cβ点Al含量相比,亚快速凝固的TiAl合金包晶点和Cβ点Al含量与平衡凝固的差值和冷却速度的关系式分别为:y=ln(0.987+0.00123x);y=0.045x0.2852)亚快速凝固条件下,TiAl合金的凝固组织在亚快速凝固条件下,凝固路径为β相凝固的TiAl合金凝固组织以粗大层片形状组织为主,其他组织较少,随着Al含量的增加,冷却速度的减少,粗大片层形状组织数量将会减少;亚包晶TiAl合金的凝固组织为片层细小的全片层组织,随着Al含量的增加,枝晶尺寸会减小,且枝晶形貌更清晰;过包晶TiAl合金的凝固组织为具备全片层结构的等轴枝晶,随着冷却速度增加,γ相含量减少,α2和B2含量增加。在亚快速凝固条件下,冷却速率不足以破坏α2相与γ相的关系,即:(0001)α2//(111)γ不会改变,和随着合金Al含量或冷却速度的增加,二次枝晶臂间距减小;拟合得到二次枝晶臂间距与冷却速度的关系为:λ=186.36v-0.36在亚快速凝固条件下,三种凝固路径的TiAl合金都存在成分不均匀现象,在晶界处的成分不均匀度随着冷却速度的增加而增大,且随着Al含量的增加,在晶界处的Al含量会增大。