TiAl合金的潜在应用领域主要为高温和循环载荷下的结构部件,比如航空发动机低压涡轮叶片、汽车增压涡轮器等。随着Ti-48Al-2Cr-2Nb(除特殊标注外,全文都为原子分数)合金在美国波音787客机GenX发动机的应用,国内外对于TiAl合金的研究和应用又产生了新一轮的热潮。无论是开发新型的铸造TiAl合金还是变形TiAl合金,提高合金的洁净度都有着重要意义。因此,本文的主要研究内容针对高洁净度熔炼高铌TiAl合金的真空磁悬浮熔炼过程进行了系统的研究,包括制备工艺、成分-组织均匀性和力学性能；还借助于真空磁悬浮熔炼的电磁搅拌作用以搅拌-铸造法制备了TiAl基纳米复合材料,并研究了纳米颗粒对TiAl合金组织和力学性能的影响。本文的主要结论和创新点如下：(1)在真空磁悬浮熔炼高铌TiAl合金时,不当的布料方式会导致原料搭桥和热爆损失,影响熔炼过程以及合金成分的准确性。通过坩埚内Al上Ti下的布料方式可以有效避免原料搭桥的产生。热爆的产生是由于气体和Al蒸气的压力大于原料静压力而导致的,通过减少坩埚内海绵钛的质量和提高炉内压力可以有效抑制热爆的产生。(2)通过优化的真空磁悬浮两次熔炼工艺,高铌TiAl合金铸锭的成分组织均匀。在第二次熔炼中采取了抽真空-熔化-充氩气-熔炼的工艺制度使合金含O量降低到300ppm。(3)在真空熔炼高铌TiAl合金时,合金的烧损主要来源于海绵钛的飞溅损失。尽管Al具有较高的蒸气压,但足通过充Ar使炉内达到500Pa以上可以有效降低Al的挥发损失。(4)通过对锭型的优化设计,促进了高铌TiAl合金在锭型内的顺序凝吲。铸锭中集中缩孔分布在冒口处,气缩孔基本消除,有效地减小了分散缩孔的体积。通过铸锭温度温度场的模拟设计出最佳的锭型尺寸为：锭型壁厚20mm、锭身斜度4.2。、锭身高径比3.3、冒口斜度30。。(5)经过真空悬浮熔炼并浇注的高铌TiAl合金铸锭,其组织为均匀的等轴近片层组织。降低Al含量和添加B元素都使片层团尺寸减小。虽然B细化作用最为显著,然而大量硼化物的析出损害了材料的室温拉伸力学性能。(6)当高铌TiAl-B合金在α单相区进行热处理时,铸锭中出现了粗晶环。粗品环的形成与B的含量(0.5%)和铸锭凝固时的冷却速率有关。降低B含量和提高铸锭的冷却速率都会使粗品环的宽度增大。粗晶环的形成是因为B含量大于某一临界值时凝固前沿B导致的成分过冷和温度过冷共同作用使整个铸锭硼化物的分布密度不同,使得α单相区热处理时硼化物对α晶粒的钉扎作用不同。并且高温时弯曲板条状的硼化物转变为针状的硼化物,这种转变也削弱了对α晶粒的钉扎作用,这两种硼化物都富集了Nb元素并且都具有相同的B27正交结构。(7)通过搅拌-铸造法成功制备了TiAl基纳米复合材料,试验的纳米陶瓷颗粒有α-Al2O3、γ-Al2O3、TiO2、Y2O3、TiC,纳米金属颗粒有W和Mo。其中α-Al2O3、TiO2、TiC和W纳米颗粒在经过电磁搅拌后都可以在TiAl基体中实现均匀分散的分布,根据其分布判断出这几种颗粒的润湿性大小为：W>TiO2>TiC>α-Al203。(8)纳米颗粒在TiAl合金凝固中起到了异质核心的作用,因此细化了初生β枝晶,然而纳米氧化物陶瓷颗粒却使片层团组织粗化,其主要原因是O的溶解稳定了高温α相,促进了α晶粒的快速生长,进而转变为粗大的片层团。当纳米TiC的添加量大于1wt.%时,基体中有Ti2AlC的析出并细化了片层团组织,同时C的溶解减小了7和a2片层间距。(9)纳米颗粒的添加使TiAl合金的室温和高温维氏硬度都有一定提高,硬度提高最显著的是纳米TiC和纳米W,然而TiC却损害了材料的室温断裂韧性,只有纳米W颗粒的添加即提高了基体的室温和高温硬度又提高了基体的断裂韧性,达到40MPa/m1/2。