作为一种典型的有序金属间化合物,TiAl基合金以其密度小、比强度高和优异的耐热性能而成为新一代的航空航天结构材料。但是其室温塑性低和加工性差,限制了其进一步的发展和应用。陶瓷铸型定向凝固技术是唯一的一种既可以控制片层取向进而提高性能,又可以满足形状要求的工艺。但是,目前存在铸型对合金污染严重及制备的试样形状单一等问题。本文通过结合电磁冷坩埚直接感应加热技术和陶瓷铸型开发了一种旨在降低铸型污染的新型定向凝固技术。本文采用两种加热方式（常用的感应-石墨间接加热和电磁冷坩埚感应加热）的定向凝固工艺,在不同工艺参数下制备了具有不同横截面形状的TiAl基合金铸锭。将采用感应-石墨间接加热方式所制备的试样作为参照组,结合电磁场和温度场特征,分析和确定新型定向凝固工艺制备试样的组织特征。同时,系统地研究了工艺参数及铸型横截面形状变化对定向凝固试样组织和性能的影响,这对后续TiAl基合金定向凝固工艺优化和实际应用具有重要意义。通过对两种不同加热方式定向凝固过程及组织演变分析,发现电磁冷坩埚感应加热方式所制备的定向凝固Ti-45Al-2Cr-2Nb合金的典型微观组织与感应-石墨间接加热制备试样的组织相似,也由α₂/γ片层、Y₂O₃颗粒和少量的B2相组成。然而,该新型定向凝固工艺具有电磁搅拌力大、加热快、温度梯度高和界面反应弱等特点,可以细化试样的柱状晶和片层组织以及降低Y₂O₃颗粒和O含量。通过对不同工艺参数下两种加热方式所制备的定向凝固Ti-45Al-2Cr-2Nb合金组织分析,发现工艺参数对组织的影响规律如下:当加热功率为21 kW,抽拉速率在0.6¹.2 mm/min范围内变化时,抽拉速率的增加对所制备试样的组织的影响规律基本一致,即细化柱状晶粒和片层组织,降低Y₂O₃颗粒含量,但对B2相和片层角度影响较小;当抽拉速度为1.0 mm/min,加热功率在19²5kW范围内变化时,只有加热功率增加21 kW后,由感应-石墨间接加热方式所制备的试样才会呈柱状晶生长,但电磁冷坩埚感应加热方式所制备的试样即使在低的加热功率19 kW下也能获得柱状晶组织。加热功率的增加会细化片层,增加小角度片层的比例,但是当加热功率增加至较高的25 kW后,熔体温度过高加剧了铸型和熔体之间反应,从而导致凝固路径发生了转变,即初生相开始由β相向α相转变,最终在组织中出现垂直于生长方向的片层。定向凝固Ti-45Al-2Cr-2Nb合金性能测试结果表明,当加热功率一定时,抽拉速度的增加可提高两种加热方式制备的定向凝固试样的力学性能;但抽拉速度一定时,只有在合适的加热功率下所制备的试样才能获得较高的拉伸性能和断裂韧性。相比而言,电磁冷坩埚感应加热方式所制备的试样的力学性能得到很大程度的改善,其拉伸强度提高了30%以上,断裂韧性提高了60%以上,这归功于该加热方式细化片层和减少Y₂O₃的作用。通过对具有相同横截面积但不同形状的定向凝固Ti-45Al-2Cr-2Nb合金组织和性能分析,发现铸型横截面的形状变化会产生定向凝固过程中流场强度的差异,进而影响定向凝固试样的组织和性能。在感应-石墨间接加热下,相比于圆柱形铸型,采用板形铸型的系统由于其铸型的特征长度减小降低了系统中的对流强度,导致所制备的试样组织粗化、B2相增多和Y₂O₃颗粒减少。在电磁冷坩埚感应加热下,电磁场对熔体的作用力增强,此时外加流场的强度取决于铸型的横截面形状变化,计算结果表明三种形状铸型中流场强度关系满足:圆柱形大于椭圆柱形铸型大于板形铸型。因此,当铸型由圆柱形转变板形时,定向凝固试样中柱状晶生长方向的偏转角度和Y₂O₃含量逐渐降低,而柱状晶宽度、片层间距、片层角度和B2相含量增大。感应-石墨间接加热制备的试样中Y₂O₃颗粒含量较多,而且板形试样中的含量远小于圆柱形试样,此时,不同形状试样的室温性能取决于Y₂O₃颗粒含量,因此,板形试样具有较优的力学性能;然而,在电磁冷坩埚感应加热制备的试样中Y₂O₃颗粒含量较少,且不同形状之间的含量差异较小,不同形状的力学性能取决于所有组织特征,因此,椭圆柱形试样具有最优力学性能组合。