TiAl基合金是一种金属间化合物,具有低密度、高熔点、高比强度和优异的抗氧化性等优点,在航空航天领域具有应用的潜力。但是TiAl基合金的本征脆性使其加工难度较大,限制了TiAl基合金的工业化应用。为了使TiAl基合金增韧,有研究者提出了β-TiAl基合金,即向TiAl基合金中加入β稳定元素使其凝固初生相为β相,利用β相、α相和片层之间的位向关系控制其凝固组织的片层取向和载荷方向一致。但是β-TiAl合金在凝固过程中是否发生包晶反应对其凝固路径和室温组织有较大的影响。本文使用复合冷坩埚定向凝固法分别制备了经历包晶和不经历包晶反应的TiAl基合金,并对其进行了淬火和DSC试验。探究了两种TiAl基合金凝固过程中的初生相、凝固路径和相变温度,观察了不同凝固参数下TiAl基合金的凝固组织特征,提出了二者的组织演化过程,并测试了定向凝固试样的力学性能,提出了试样的断裂机理。本课题对两种成分的TiAl基合金进行了淬火和DSC分析,发现淬火试样中的枝晶呈四重对称结构,二者初生相均为β相;DSC曲线分析得出在固态相变温度范围发生了:α2→γ、α2→α和B2→α、γ→α和α→β相变反应。结合初生相和相变反应过程得出Ti43.5Al6V1Cr合金凝固路径为L→L+β→β→β+α→α+B2+γ→α+α2+B2+γ→α2+B2+γ。使用复合冷坩埚法在不同的抽拉速率下制备了两种成分的TiAl基合金,均获得了具有定向特征的试样,试验结果表明Ti43.5Al6V1Cr合金定向组织中带状组织特征明显,且在低抽拉速率下易形成周期性带状组织,高抽拉速率下易形成单一带状组织;而Ti45Al2Cr2Nb合金的定向组织沿轴向较为均匀,仅有柱状晶区和最后凝固区。随着抽拉速率的增大两种成分的定向试样中的柱状晶逐渐变细且倾斜程度增加。观察二者的室温组织发现Ti43.5Al6V1Cr合金由(α2/γ)片层团、独立γ相和B2相构成,Ti45Al2Cr2Nb合金定向试样基本为全片层,仅有少量独立γ相和B2相。结合定向试样的组织特征和TiAl基合金的凝固路径分析得出:B2相的形成是β相稳定元素富集导致的,Ti43.5Al6V1Cr合金中B2相是β→α相变过程中的β偏析导致,故主要分布在片层团之间,而Ti45Al2Cr2Nb合金中的B2相是L→β相变过程中的S偏析导致的,故主要分布在晶粒内的偏析带上。对两种合金的定向凝固试样进行力学性能分析发现,片层间距、B2相含量和Y2O3颗粒均会对其性能产生影响。结合试样断口扫描照片,分析了片层间距、基体中B2相和Y2O3颗粒在断裂过程中的作用机制,发现裂纹横向穿过片层团时阻力较大,而在B2相和基体的边界处扩展的阻力较小,且Y2O3颗粒有促进裂纹扩展的作用。