本文以Ti-53at.%Al合金为研究对象,在Bridgman定向凝固炉中将其熔化至1700°C后进行0~60min不同时间的热稳定处理实验,随后直接淬火或以一定速度抽拉一段距离后淬火。分析了热稳定处理过程中糊状区的形成,该区内界面形态、微观组织以及溶质成分分布随热稳定处理时间的变化规律。进一步对合金进行不同时间热稳定处理后的定向凝固实验,考察了热稳定处理时间对定向凝固组织以及片层结构形成的影响。由此确定了适合于Ti-53at.%Al合金定向凝固的合理热稳定处理工艺,并采用该工艺对合金进行不同抽拉速度下的定向凝固实验,获得了合金从初始过渡到稳态相和微观组织演化规律。由于试样外部强加温度梯度及合金本身凝固区间的存在致使热稳定处理过程形成糊状区,糊状区内由α固相晶粒及横向和纵向液相通道组成。随着热稳定处理时间的增加,糊状区长度逐渐变短;α固相晶粒逐渐沿温度梯度方向定向排列,晶粒间发生融合数量变少但体积分数逐渐增多;横向液相通道率先消失,随后纵向液相通道也逐渐消失,这是由于糊状区内的富Al液滴迁移造成的,根据TGZM理论对液滴迁移进行计算,表明,液滴迁移出糊状区内的时间在20min左右,与实验观察结果相符;糊状区上界面逐渐由模糊转变为胞状最后为平界面。对不同时间热稳定处理下糊状区及其前沿液相内溶质分布进行了分析,发现,沿温度梯度方向,糊状区内固相成分沿合金平衡相图α固相线变化;当热稳定处理大于30min后,界面前沿液相成分的溶质成分梯度消失,成分变得均匀。对合金进行不同时间热稳定处理后的定向凝固实验,表明热稳定处理时间对定向凝固组织影响很大,当热稳定处理时间过短(0-20min),由于糊状区及其前沿液相内部温度场及溶质场尚未达到稳定,导致晶粒在很长一段凝固距离内出现择优和非择优取向的竞争生长,无法获得与热流方向平行的具有良好定向生长特性的凝固组织。当热稳定处理时间大于30min时,初始过渡晶粒竞争生长距离很短,晶粒平行于生长方向连续稳定生长。随着热稳定处理时间的增加,由于定向凝固启动前糊状区内部晶粒逐渐融合,层片取向变得单一,从而导致定向凝固试样内部片层取向也逐渐变得单一,呈现典型的各向异性。进一步对合金分别进行30min和60min的热稳定处理后不同抽拉速率下的定向凝固实验,分析了热稳定处理时间对相和微观组织及片层形成的影响。所得试样均具有较好的定向凝固效果,晶粒沿着温度梯度方向平行连续稳定生长。但是,在热稳定处理时间为60min时,受定向凝固启动前糊状区晶粒数量少及片层取向单一的影响,所得定向凝固组织晶粒粗大,层片取向单一,各向异性严重。综合晶粒的定向生长情况及最终获得PST晶体,对于Ti-53at%Al,定向凝固启动前的热稳定处理时间在30min左右为宜。