中文摘要：

本研究建立了一种基于宽厚比31近矩形电磁冷坩埚的新型定向凝固方法，成功地制备了定向凝固组织的双相全片层TiAl基合金板坯。通过开展不同工艺参数下板坯的成形制备实验，研究了二元、三元和多元TiAl基合金板坯试样的凝固界面和定向凝固组织的变化规律。随着抽拉速度或者加热功率的增加，凝固界面由上凸变到平直再到下凹，当抽拉速度1.2mm/min时界面保持平直。随着抽拉速度的增大，初始凝固过渡区长度先迅速减小，而后基本不变。抽拉速度是影响试样定向凝固区初生相析出的主要因素，即由低速时以β相为主逐步过渡到高速时的α相。微量稀土元素Gd、Y的加入均能细化钛铝基合金，使TiAl基合金的平均晶粒尺寸由200μm降低到60μm，且片层厚度也得到降低，但Nd的加入对钛铝基合金显微组织起到了一定的粗化作用。添加稀土元素的TiAl基合金板坯的力学性能得到了一定的提高。揭示了伴有大量侧向散热的电磁冷坩埚定向凝固机制。电磁场对凝壳的感应加热作用，轴向凝固速度远大于侧向凝固速度，这是冷坩埚能够实现定向凝固的主要原因。通过加大功率或着加强底部冷却以降低凝壳高度则既能够保证钛铝基板坯成形又能实现所希望的定向凝固组织。