本文在本实验室冷坩埚定向凝固和2.5:1扁形冷坩埚定向凝固钛合金工艺研究的基础上,利用冷坩埚定向凝固技术制备了组织基本定向、晶粒较为细小的Ti46Al0.5Si0.5W扁坯试样。利用正交试验法考察了工艺参数对凝固组织晶粒形态的影响趋势,即:增大功率,晶粒长大倾向性增大,而晶粒的方向性改善;增大抽拉速度,晶粒变得细小,而方向性则变差;延长预热时间,晶粒大小与取向均有变差的趋势,因此,在保证足够过热度的情况下应尽量缩短预热保温时间。利用数码相机、金相显微镜、扫描电镜和XRD等手段,观察和分析了Ti46Al0.5Si0.5W扁坯的宏观、微观组织以及相组成。在TiAl合金定向凝固试样的凝固界面附近存在三个界面,它们将该区域划分成四个明显不同的区域,即最后凝固液相区、曲边三角区、亮带区和稳定生长固相区。通过分析确定最后凝固液相区和曲边三角区均为液相区,亮带区为固液两相共存的糊状区,并且在相同条件下,与其它成分的TiAl合金比较,亮带区的宽度发生了变化。在稳定生长的定向凝固区域内,组织基本为由γ板条和α2片层交错组成的全片层组织。Ti46Al0.5Si0.5W合金中的添加元素以固溶方式存在于晶体结构之中,而并不形成化合物析出。利用Al当量法分析得到Ti46Al0.5Si0.5W合金片层组织的形成过程。由于凝固过程中的偏析及领先相的动态竞争,固态相变后形成的γ+α2片层就会呈现出与凝固生长方向有多种取向差异的结果,且由于系统不稳定等因素造成了多样性组织的存在。利用显微压痕法测试了定向凝固TiAl合金片层组织的断裂韧性,由于定向凝固组织的各向异性导致了材料断裂韧性的各向异性。断裂韧性值处于较低的水平,这是由于目前利用该工艺制备的TiAl合金组织的晶粒还很粗大、片层间距较厚、片层方向较为杂乱。在室温条件下冷坩埚定向凝固TiAl合金扁坯的平均抗拉强度为343.1MPa,延伸率为0.202%。800℃高温拉伸得到材料的平均抗拉强度为344.8MPa,平均延伸率为0.77%,显示了R现象的存在。利用扫描电镜观察了室温和高温拉伸试样的断口形貌。定向凝固片层组织的断裂方式主要是沿片层的解理、穿片层断裂和沿晶断裂。高温拉伸的断口形貌表现出轻微的塑性变形。