Ti-Al合金具有耐高温,抗氧化,优异的弹性模量及抗蠕变性能,已被认为是850～1050℃范围最值得关注的结构材料.该合金属于典型的包晶系统,凝固过程中随着成分的改变会经历不同形式的包晶反应,使它的宏、微观组织呈现多种形态的变化.为能比较准确地预测Ti-Al包晶合金的基本组织结构,必须对定向凝固过程中相关的包晶相变过程及对其组织的影响进行深入的分析.人们在定向生长的包晶合金中发现了异彩纷呈的凝固组织,从协同共生的胞枝状到平面带状及从类树枝状到岛屿状等,充分反映了合金在定向凝固过程中组成相与微观组织之间竞争与选择的多样性.凝固过程中相的选择如同组织形态变化一样,决定于相的稳定性.该稳定性既表现为相的形核竞争,也表现为相的生长竞争,而这些竞争选择均是在相应的温度场和溶质场中进行,从而使相的形核及生长与它们的环境是处于非稳态过渡还是进入稳态阶段有不可分开的联系.许多学者对包晶合金提出以成分和温度梯度与生长速度比值作为函数的相利微观组织选择理论模型,来尽可能预测合金在定向生长实验中观察到的异彩纷呈的凝固组织,其中,比较典型的是Hunziker等提出的近成分过冷限制的相选择理论模型,然而,该模型的建立是假定初生相或包晶相在凝固界面前沿已存在稳定的溶质浓度梯度,即初始过渡区之后,相还没有进入稳态生长的近稳态情况,忽略了在初始过渡区内,凝固界面前沿的溶质浓度梯度随凝固距离变化的情况.实际上,大多数低速生长的包品合金要经历很长一段过渡区长度才能达到稳态,而且,从凝固开始到结束,相和微观组织的选择应该是连续变化的过程,初始过渡区内发生的相或组织形态的转变对后续凝固有十分重要的影响,因此,研究不同初始成分的合金在不同的生长条件下从初始过渡到接近稳态整个区间的相和微观组织的选择是十分必要的.本文分析了定向凝固包晶合金相的历史相关性生长,及相界面前沿的成分过冷及形核条件,进一步利用充分形核假设、成分过冷准则以及相稳定生长的最高界面温度判据,建立了纯扩散条件下从初始过渡到接近稳态整个区间的相和微观组织选择理论模型.采用该模型计算了Ti-(40-50)Al(at.﹪)合金相选择图,表明,从初始过渡到接近稳态,随着凝固距离的增大,初生相平界面生长区逐渐减小,包晶相平界面生长区和两相胞/枝晶生长区均逐渐增大;在过渡区初始阶段,存在较大的单一带状组织区,但随后,该区逐渐减小并消失;周期性带状组织区、混合带状组织区和两相共生生长区均逐渐增大,直到接近稳态.形核过冷度的存在将减小带状组织区,而相应地增大两相共生生长区;形成周期性带状组织所需的凝固距离增大,单一带状组织区的出现从无形核过冷度时的整个过包晶成分范围变为部分过包晶及与其相邻的部分亚包品成分范围.该模型的计算结果与Ti-Al合金实验观察结果相符合.