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U-Nb二元合金具有良好的力学性能和抗腐蚀性能，在核工程应用中受到了广泛的关注。然而，该合金在使用过程中会受到辐照的影响，合金体系中的相平衡关系也会随之改变，此时的热力学平衡相图将不再适用于辐照后的U-Nb合金。因此，对辐照条件下的U-Nb合金相图进行深入的研究是非常重要的。与此同时，U-Nb合金体系中存在着特殊的同素异构转变，在室温稳定存在的αU相因其各向异性导致合金的机械性能变差;而高温下的γ相则具有各向同性的bcc结构，稳定性相对较好。因此，为了提高U-Nb合金的性能，有必要对γ相凝固行为进行研究。本研究利用CALPHAD技术，对辐照条件下U-Nb合金的平衡相图进行计算和分析;通过建立相场动力学模型，对U-Nb合金凝固组织的演化过程进行模拟，解明其在不同工艺条件下的组织演变规律，这些研究结果可为U-Nb合金的设计提供重要的基础理论指导。本研究的主要研究工作如下: (1)基于本实验室优化的最新U-Nb二元合金系的热力学参数，建立用于计算辐照条件下平衡相图的有效自由能模型，并首次计算了辐照条件下U-Nb二元合金系的平衡相图，分析了不同辐照条件对其扩散系数、自由能及平衡相图的影响。研究发现，在高温区，辐照下平衡相图的相平衡关系与热力学平衡相图基本保持一致，γ(U，Nb)相依然发生相分离，形成富U和富Nb相，即γ(U，Nb)→γ1+γ2;而在低温区，由于辐照的影响，γ(U，Nb)相的溶解度间隙由原来的开口状逐渐变成一个封闭区域，并发生了αU+γ2(→)γ(U，Nb)和γ1+γ2(→)γ(U,Nb)相变反应，形成了连续固溶的γ(U，Nb)相。该研究结果从热力学角度很好的解释了Bleiberg等人的实验结果，即在辐照条件下，原本在高温条件下稳定的γ(U，Nb)相可以在低温稳定存在。 (2)将已评估的最新热力学数据引入改进的相场模型，模拟了U-Nb合金在不同凝固条件下的组织演变过程。首先，模拟了在等温凝固条件下，U-Nb二元合金的组织演变过程，获得了典型的枝晶形貌，重现了合金凝固过程中枝晶臂间相互碰撞、竞争的生长过程，并分析了凝固过程固相率及枝晶尖端生长速率的变化。其次，考虑潜热对凝固过程中组织形貌的影响，模拟了非等温条件下的凝固过程。结果发现，在非等温凝固枝晶生长模拟过程中，固相区温度较液相区温度明显增高，二次枝晶生长变得疏散，生长速度减慢，枝晶间高温液相比等温凝固时增多。