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由于NiAl合金拥有低密高熔、高热导率等诸多优异性能成为金属间化合物研究热点之一,然而其低的室温塑韧性及高温强度阻碍了它的应用。目前NiAl基两相共晶合金已经有广泛的研究成果,但三相共晶的涉及甚少。本文以NiAl-Cr-Ta合金为研究对象,在多相原位复合材料中期望将Laves强化相的良好高温特性与α-Cr塑性相的良好室温特性结合。利用电弧熔炼制备手段调节Cr和Ta的含量并测量初生相的体积分数,得出初生相体积占比约3.5%的NiAl-33Cr-4.5Ta(at.%)近共晶合金。在非平衡凝固条件下,采用感应熔炼制备母合金,借助高温度梯度定向凝固技术,改善温度梯度过低和组织排列不规则的问题,并制备不同速率(6～120 μm/s)合金。使用OM,SEM,EDS,TEM和三点弯曲试验研究铸态和定向凝固(DS)NiAl-Cr-Ta合金亚共晶、近共晶至过共晶大成分范围的微观组织和室温断裂韧性。观察裂纹在侧面扩展和断裂面形态,揭示合金的断裂行为和强韧化机理。研究得到的主要结论有:NiAl-33Cr-4.5Ta近共晶合金除了少量初生相外,显微组织为由NiAl,α-Cr和Laves组成的共晶胞,定向凝固下获得了全共晶组织。TEM揭示出NiAl和Cr2Ta为半共格关系。当定向凝固速率从6提高到120μm/s时,固/液界面经过了平→胞→枝晶形态演变,速率6 μm/s时的组织规整度较好,并且随速率递增,微观尺寸逐步缩小。铸态合金的室温断裂韧性较低(5.0 MPa·ml/2),而6 μm/s的定向凝固合金由于组织良好其断裂韧性较高(9.8 MPa·m1/2),速率进一步增大后韧性降低。NiAl-28Cr-4.5Ta亚共晶合金的显微组织由三相共晶胞以及少量的黑色初生相NiAl组成;NiAl-38Cr-4.5Ta过共晶合金除三相共晶胞外,还含有较多共晶枝(两相)和少量初生相。当定向凝固抽拉速率为6 μm/s时亚共晶和过共晶的凝固组织均为细密规则的胞状结构,呈现出较高的断裂韧性(7.2和8.6 MPa·m1/2)。NiAl-Cr-Ta合金呈现脆性解理断裂的特征,断裂面呈现灰白色,SEM下可见河流状花样的放射棱线、解理面以及解理台阶,判断在裂纹传播过程中α-Cr强化相主要起到裂纹桥接和界面剥离的增韧作用。