TiAl基合金具有密度低、比强度高、抗氧化和抗蠕变性优异等特点,是一种性能优异的航空发动机轻质叶片材料。高Nb-TiAl合金在保证合金室温性能的同时,可大幅提升合金的高温蠕变性能,但关于温度及外加应力对高Nb-TiAl合金蠕变性能的影响目前还缺乏系统性研究。冷坩埚定向凝固技术可制备大尺寸无污染定向凝固TiAl合金坯锭,其设计目的之一是提高TiAl合金高温蠕变性能,但目前缺乏此方面研究。本文将传统铸造与电磁冷坩埚定向凝固相结合,系统地研究了高Nb-TiAl合金的蠕变行为,揭示了TiAl合金蠕变脆-韧转变机理,提出了提升高Nb-TiAl合金蠕变性能的方法;基于蠕变研究结果,借助冷坩埚定向凝固技术制备成分梯度TiAl合金,对合金成分进行优化,获得了一种室温力学性能与高温蠕变性能优异的Ti-47Al-6Nb-0.1C合金;并进行最终定向凝固,确定了定向组织与室温力学性能和高温蠕变性能之间关系。对铸态高Nb-TiAl合金蠕变行为研究表明,合金在蠕变时存在脆-韧转变温度区间,在该温度区间表现为蠕变应变成倍增加,蠕变寿命大幅降低。这是由于高于脆-韧转变温度时,α2片层主要位错滑移系被激活,片层应变速率大幅增加;加重了晶界处的局部应力集中,导致蠕变性能大幅降低。对蠕变脆-韧转变机制分析表明,高于脆-韧转变温度时,流变应力与应变速率和温度有关,位错仅靠热激活作用就可以跨过局部障碍,外力只需克服长程内应力。低于脆-韧转变温度时,蠕变变形取决于热激活作用,流变应力取决于应变速率和温度。对冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为研究表明,冷坩埚定向凝固技术可大幅提升高Nb-TiAl合金的蠕变性能,且在冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金中存在B2/γ片层结构,该结构具有良好的抗蠕变性。在蠕变过程中空洞和裂纹优先在（B2+γ）相界面处形成,大幅降低了合金的蠕变性能。确定了高蠕变性能的高Nb-TiAl合金应具备特点:首先合金应具备高的Nb含量,保证合金具有高的脆-韧转变温度;其次防止合金基体中形成（B2+γ）相;再次适当的高Al含量,可限制（B2+γ）相形成并有利于合金室温性能;最后采用定向凝固消除横向晶界。提出一种利用电磁冷坩埚定向凝固技术制备成分梯度TiAl合金的方法,其梯度可以通过熔池大小及添加合金的成分来控制。在制备过程中,熔池被磁场充分搅拌,促进了溶质的均匀分布。借助成分梯度Ti-48Al/Ti-44Al和Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al合金对高Nb-TiAl合金的成分和组织进行优化,通过组织及不同截面上试样的综合性能分析,获得了室温力学性能与高温蠕变性能优异的Ti-47Al-6Nb-0.1C合金。此方法可在一个铸锭上研究添加不同含量元素对TiAl合金组织及性能的影响,克服了熔炼钮扣锭筛选法中多组元成分差异较大的问题,为优化TiAl合金成分和组织提供新方法。研究表明,冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的室温拉伸性能主要受片层厚度和（B2+γ）相含量影响,而定向凝固组织对其室温抗拉强度的影响较小。该合金的蠕变性能主要受定向凝固组织和基体中的（B2+γ）相影响。最佳制备参数:抽拉速率为0.5mm/min,电源功率为45kW,在该条件下合金平均抗拉强度为582MPa,伸长率为1.62%,并且在760°C/250MPa蠕变时最小蠕变速率为7.55×10-10s-1。当高于脆-韧转变温度时,Ti-47Al-6Nb-0.1C合金在低应力区蠕变变形机制为位错滑移,定向与未定向组织都具有较大的应变速率,并以较快的速率产生断裂,定向组织相比于未定向组织,蠕变性能提升较小。当低于脆-韧转变温度且在中低应力区,定向组织蠕变变形机制为空位定向迁移,定向组织相比于未定向组织,蠕变性能提升较大。