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TiAl基合金的低密度、高比强度以及优异的高温抗氧化和抗蠕变性能等优点适应了人们对速度的追求；但是其室温脆性及熔体下高活性限制了其工程化应用。冷坩埚定向凝固技术虽解决污染问题，但加工问题仍未解决。本文将模壳法用于TiAl基合金的定向凝固，通过理论计算和热电偶等辅助手段初步确定了Ti-45Al-2Cr-1.3Nb的定向凝固工艺，并通过分析加热功率和抽拉速度参数对定向凝固显微组织的影响确定了该工程技术下Ti-45Al-2Cr-1.3Nb一定范围的最佳工艺参数为：加热功率21kW和抽拉1.0mm/min。利用数码相机、金相显微镜和扫描电镜等手段，观察分析了Ti-45Al-2Cr-1.3Nb定向凝固试样宏观和微观组织，并根据生长过程将整个定向试样分为初始生长区、生长方式转变区（界面）和稳定生长区，与其他定向凝固技术下定向组织一致。稳定生长区基体是α2+γ全片层组织，且存在富Cr少Al的β型偏析，而稳定生长区上端β型偏析较少，Y2O3数量增加。通过对该工艺的热分析和建立熔体凝固过程糊状区的生长模型，解释了定向试样组织形貌的原因。利用模壳法定向凝固制备复杂形状的优势制备出了29mmX9mm方状定向凝固试样，并分析其显微组织。然后，选取具有代表性的三元高Nb-TiAl基合金（Ti-43Al-6Nb、Ti-47Al-6Nb和Ti-52Al-6Nb）、四元含B高Nb-TiAl基合金Ti-48Al-8Nb-0.15B和Ti-48Al-2Cr-2Nb在最佳工艺参数基础上进行定向凝固实验，分析定向凝固效果和显微组织：此工艺条件下，Ti-47Al-6Nb定向，其余四种成分定向效果较差，高Nb的三元钛铝基合金主要存在β型偏析富Nb而少Al的偏析情况，而含有Cr、Nb的四元钛铝基合金主要存在也是β型偏析，但是富Cr而少Al的偏析情况，且偏析区位于等轴γ相中。Al含量较高时，会一定程度上降低β型偏析。B元素在该工艺下，是以与氧化钇混合一体存在片层内。同时，在保持其它工艺条件不变，抽拉速度降低至0.6mm/min，制备出Ti-48Al-2Cr-2Nb定向凝固试样。测试分析了各成分该工艺下试样平行生长方向截面的显微硬度和断裂韧性。比较了不同生长区显微硬度大小定向：定向生长区>初始生长区；同时结合铝当量法，分析Al、Nb等元素对显微硬度和断裂韧性的影响。对于三种三元高Nb-TiAl基合金，Al含量由43%增加到52%平行生长方向截面的显微硬度由494.4降到365.5，断裂韧性13.6降至5.6。而铝当量法计算所有合金对应二元Al含量41.2%增加到50.2时，断裂韧性逐步降低但在47%附近有波动点。高NbTiAl基合金整体上硬度较大，断裂塑性较小，但具体影响规律还需进一步研究。