作为一种新型轻质高温结构材料，TiAl基合金以其高的比强度、优异的高温性能，在航空航天、汽车工业等领域受到广泛的关注，并展现出巨大的应用前景。由于金属间化合物本征特性，TiAl基合金普遍存在室温塑性低、高温变形差、加工困难等缺点，严重制约TiAl基合金在工业生产中应用。目前，铸锭冶金是工业生产中制备大尺寸TiAl基合金最经济的生产方法。但是，铸造TiAl基合金，特别是添加大量合金化元素后，存在着组织粗大、元素偏析严重等突出问题，极大地损害了合金性能。超声波处理技术作为一种高效、经济和环保的凝固控制技术已广泛应用于Al和Mg等轻金属合金中。研究表明超声波处理可以有效调控合金凝固过程、改善合金组织，实现大幅提升合金性能的目的。本实验成功将超声波处理技术应用于TiAl基合金模壳凝固，系统研究了超声波处理对TiAl基合金组织演变、凝固行为和力学性能的影响规律，分析了超声波处理对合金组织转变和凝固特性的作用机制，揭示了超声波处理TiAl基合金组织细化机理。　　超声波处理有利于消除TiAl基合金中缩孔缩松等缺陷，获得了成型良好的高质量合金铸锭。超声波处理前后，TiAl基合金室温组织均为全片层组织；随着超声波处理时间增加，合金组织逐渐细化；经超声波处理60 s后，Ti44Al、Ti48Al、Ti44Al6Nb1Cr和Ti44Al6Nb1Cr2V合金片层团尺寸分别减小到52μm、102μm、38 μm和56 μm；合金组织形貌由发达树枝晶逐渐球化转变成等轴枝晶，最终形成非枝晶结构的均匀等轴晶。超声波处理对TiAl基合金相组成无影响，但α2-Ti3Al和γ-TiAl相含量随着超声波处理时间增加逐渐趋向于平衡凝固相含量，而B2相含量逐渐减小。此外，超声波处理还有利于减小元素宏观偏析，促进溶质元素在片层基体中均匀分布，但同时加剧了合金化元素在B2相中显微偏析。　　超声波处理加速了合金熔体传热传质过程，促使合金熔体形成均匀的温度场和溶质场，阻碍了表面柱状晶的连续长大，促使合金组织由柱状晶转变成均匀细小等轴晶。对于包晶Ti48Al合金，施加超声波处理后，包晶α相直接从熔体中析出，抑制了包晶反应。超声波处理还改变了晶体结晶方向，促使合金片层取向随机分布。　　力学性能测试结果表明，TiAl 基合金显微硬度与塑性变形性能均随着超声波处理时间增加逐渐增大，合金压缩性能明显改善，其中 Ti44Al、Ti48Al、Ti44Al6Nb1Cr和Ti44Al6Nb1Cr2V四种合金屈服强度分别增加129%、142%、148% 和182 %。超声波处理后合金强化机制主要是细晶强化，同时超声波处理提高了合金组织均匀性，促进合金的协调变形，也有利于提高合金强度；对于高合金化TiAl基合金，超声波处理还表现出一定的固溶强化效果。超声波处理增大了合金晶界密度，促进了位错增殖，进而改善了合金变形塑性。　　研究结果分析表明，添加溶质元素增大了合金成分过冷倾向，有利于提高超声波处理效果。超声波处理效果还受到熔体温度影响，熔体温度过高造成晶核重熔，导致超声波处理失效，熔体温度太低抑制超声空化效应，导致超声波处理无效，最佳熔体温度是在液相线附近。通过控制熔体过热度和冷却速率可增大超声波处理有效作用时间，获得最佳的细化效果。　　超声波处理晶粒细化机制主要是空化致冷形核，一方面通过提高溶质富集提高合金熔体成分过冷，另外一方面形成空化高压、增大合金熔体结晶温度，造成合金熔体热过冷，两者共同提高合金熔体形核速率，增大合金熔体形核数目。超声声流效应加速了合金熔体流动，促进晶核均匀再分布，消除了晶粒梯度，促使合金形成均匀细晶组织，超声波处理TiAl基合金组织细化是空化效应和声流效应耦合作用的结果。