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为了提高汽车发动机的燃油效率和减少环境污染，迫切需要轻质化的汽车气阀制备材料;TiAl基合金因密度低、比强度和比刚度高、高温力学和抗氧化性能良好等优点，成为制备轻质化汽车气阀的最佳候选材料。相比于铸锭热机械加工工艺和粉末冶金工艺，熔模铸造是最经济的TiAl基合金汽车气阀成型方法。熔模吸铸不仅结合了熔模铸造的优点，而且充型能力强，特别适合薄壁铸件的铸造，具有充型速度可控，夹杂少，铸件晶粒组织细化，氧含量低，原料利用率高等一系列优点，有望解决TiAl基合金气阀普通重力铸造和离心铸造中出现的增氧和气孔等问题。
本论文采用水模拟、数值模拟与真空吸铸实验相结合的方法，系统研究不同工艺参数下TiAl基合金汽车气阀真空吸铸充型流动和凝固规律，在此基础上研究了真空吸铸TiAl基合金的组织特征及力学性能。
水模拟实验在自行设计与组装的三套不同充型压力控制方式的吸铸水模拟装置中进行，研究发现利用壳型顶部通气孔粗略控制充型压力的普通吸铸水模拟过程，充型流动卷气生成大量的气泡;精确控制充型压力的“下进气法”和“上排气法”，充型流动平稳，充气流量＜1.7m3·h-1或排气流量＜1.5m3·h-1时，充型流动无气泡生成。
数值模拟建立TiAl气阀真空吸铸顺序流动-传热耦合模型，并首次将坩埚系统纳入三维实体模型中，结果表明通过改变充型压力控制方式从普通吸铸到“上排气法”吸铸并降低排气流量，不仅能有效消除卷气形成的气泡，而且能显著降低自由表面卷气的体积分数，借助于四方体横浇道壳型，能将表面卷气降低到最低水平。小幅度的降低浇注温度和升高壳型温度对充型流动形态、表面卷气的体积分数及卷气形成气泡的行为均无明显的影响。小幅度的降低浇注温度和升高壳型温度都不同程度的加重气阀铸件阀杆部分的疏松缺陷。
实际吸铸实验结果证明了吸铸水模拟和数值模拟的正确性，结合吸铸充型水模拟、充型和凝固数值模拟及实际吸铸实验结果，确定采用四方体横浇道壳型的TiAl基合金汽车气阀吸铸最佳工艺参数为:浇注温度1680℃，壳型预热温度600℃(壳型温度381℃)，充型压差80kPa，排气流量6～7.50m3·h-1和吸铸保压时间73s。
浇注温度分别为1650℃和1600℃吸铸制备的Ti-45Al-8Nb-1B圆棒铸件显微组织为典型的全片层组织，晶粒尺寸细小;铸件氧含量分别为1100和1000ppm，与同成分离心熔模铸造的气阀铸件氧含量比较，吸铸TiAl圆棒的氧含量降低了300～400ppm。吸铸Ti-45Al-8Nb-1B圆棒铸件热等静压后的显微组织转变为近全片层组织，晶粒大小保持不变;铸件热等静压后的氧含量有所提高;铸件热等静压后缩孔疏松缺陷被压合，断裂强度明显提高;热等静压前后铸件断裂方式均为穿晶脆性断裂，热等静压前其脆性断裂失效的主要原因是铸件存在缩孔疏松缺陷，而大量长条状硼化物是吸铸圆棒拉伸试样热等静压后脆性断裂的主要原因。