图1。2  PST晶体载荷方向与PST晶体相对方位[35]

图1。3  PST结构屈服强度及塑性随片层以应力轴夹角的变化[41]

1。3  TiAl合金的定向凝固

1。3。1  定向凝固技术

通过建立具有一定方向的温度梯度，可以控制TiAl合金内部晶粒的取向，这是定向凝固必须具备的一个条件。在合金定向凝固生长过程中，需要保持合金的生长方向逆向于热流方向。由此可知，金属熔体中的热流不仅要保持一个确定的方向，而且要一直垂直于生长界面，这是定向凝固能否顺利进行的重要步骤。经过定向凝固，可以使熔体长成为单一生长取向的柱状单晶。定向凝固技术指的是，按照一定规律改变温度梯度与冷却速度，从而对熔体的生长综合影响的过程。

新型定向凝固技术在生产效率，细化凝固组织，提高凝固速率等多方面都优于传统的定向凝固技术，从而大大提高了生产效率以及加速了生产制备加工的研究进程。常用的TiAl合金定向凝固技术有光学浮区法和Bridgman法，它们具有不同的原理，不同的情况可以选择不同的定向凝固技术，从而为研究带来了便利。

1。3。2  TiAl合金显微组织片层取向的控制

从上文可以了解到，TiAl合金的力学性能从某种程度来说，于其显微片层取向。所以，如果能够控制TiAl合金凝固过程，从而产生具有一定片层取向的显微组织，得到优良宏观力学性能，这具有非常大的实际意义。当然，我们必须先了解TiAl合金微观片层组织组成，才能在真正意义上对其片层取向进行研究。分析TiAl合金的相变过程，γ和α2相的形成受到相变初始凝固的影响。由图1。4，如果初生相是α相，最终的凝固片层组织取向垂直于密排六方结构的α相；当初生相为β相时，具有体心立方结构的β相具有竖直的生长方向，并沿着图中所示的两个面生长，最终呈现0°或45°。由上文可以得出，不同的片层组织对应着不同的初生相。

图1。4  TiAl合金定向凝固组织分别以α和β为初生相时的片层取向

（a）α相，（b）β相

籽晶法是一种控制定向凝固合金片层取向的方法。籽晶法选取具有与最终微观层片组织相取向一致的籽晶，要实现这一过程，需要控制α先析出相的取向。杨慧敏等研究显示，籽晶材料必须要满足一系列的条件，籽晶的生长方向必须垂直于其微观组织内部片层取向，更重要的是，必须使初生相α相的生长沿着籽晶生长方向生长，而该方向并非择优取向，如图1。5所示。通过籽晶法可以首先制备出片层取向90°的合金铸锭，然后再截取其中的一部分并旋转90°，最后利用光学浮区法进行定向凝固，可以获得具有与籽晶保持相同取向的片层组织。

图1。5  TiAl基合金定向凝固过程α和β相生长方向与生长状态图

非籽晶法定向凝固不同于籽晶法，它控制片层取向的方法是控制TiAl合金凝固路径。当所得片层组织取向与生长方向保持0°或45°时，则能够确定初生相为β相；相对的，如果初生相为α相，片层组织取向与生长方向呈现为90°。

非籽晶法定向凝固需要控制的变量有合金的成分以及其他的一系列工艺参数。并且，温度梯度与凝固速率是影响定向凝固的工艺参数中最为重要的两项[8]。一般使用G来表示温度梯度，V表示生长速率，G/V的值可以来衡量定向凝固过程过程中凝固路径会如何变化。当G/V的值增大时，液固界面晶体由枝晶生长向胞状晶生长，最终变为平界面生长。

1。3。3  合金元素对钛铝合金定向凝固的影响文献综述