室温塑性低和因组织均匀性差造成的高温性能不足是限制γ-TiAl合金进一步扩大应用的主要因素。对合金片层组织进行调控是改善合金室温塑性和提高其高温性能的有效途径,因此为实现γ-TiAl合金的组织调控,需要对片层组织形成和γ片层生长进行深入的了解和认识。片层组织形成和γ片层生长是处于较高温度的动态过程,这使得已往的研究都是建立在使用间接方法获得实验结果的基础之上进行的,阻碍了对该过程的充分认识。因此,对该过程进行直接的实时观察并分析组织演变过程中的晶体学信息,对深入了解γ-TiAl合金组织演变规律并掌握其相变机制具有重大意义。鉴于此,本文采用高温原位观察与高温淬火实验相结合的方法研究了不同冷却速度下Ti-48Al-2Cr-2Nb合金中片层组织的形成和γ片层的生长行为,分析了该合金中片层组织形成过程中的组织演变规律,获得了γ片层在高温阶段的析出、沿长度方向和厚度方向生长的特点。通过考察γ片层析出所产生表面浮凸的结构特征,研究了不同厚度γ片层的生长规律和不同类型表面浮凸的形成机理。通过对不同冷却速度下片层形成原位观察结果的逐帧测量,获得片层生长的动力学数据,研究了不同冷却速度下片层生长的动力学规律。通过分析不同冷却条件下γ片层晶核、片层生长尖端和增厚区域的微区结构和成分分布规律,研究了该合金中γ片层的形核、生长和增厚机制。获得的主要结论如下:高温原位观察结果及其所对应的高温淬火组织的晶体学分析结果表明,γ片层首先在α晶界析出,然后先在晶界一侧不具有Blackburn取向关系的α晶粒内生长,随后才会开始在晶界另一侧具有Blackburn取向关系的α晶粒内生长并形成γ片层形貌。此外,γ片层也可在晶内析出,然后其两端同时在α基体内生长。γ片层择优选择成对生长,新的γ片层优先选择在已析出的γ片层邻近位置形核析出,或是通过γ片层生长尖端的枝化来产生新的γ片层,从而形成生长对。生长对之间的间距较小,从而形成γ片层成簇生长的组织形貌。成对生长的两个γ片层在晶体结构上具有相反的堆垛顺序,从而形成具有孪晶相关的晶体学关系。γ片层生长尖端枝化现象的是由具有相同堆垛顺序的两个γ变体分别生长造成的。两个分支中的一个γ片层会逐渐停止生长并形成锥状的外形,随后新γ片层通过激发形核并依附于该片层在其前方的基体中析出,并且和另一分支的γ片层具有相反的堆垛顺序。在γ片层增厚过程中,生长对与基体之间的相界面逐渐向基体内迁移,使片层厚度增加,同时组成生长对的两个γ片层之间的界面也发生变化,形成复杂的γ/γ片层界面形貌。生长对中两个γ片层呈一前一后生长时,领先生长的片层厚度通常情况下会较厚,而落后的片层厚度较细小。在样品光滑表面产生的由γ片层析出和生长所导致的表面浮凸可被分为三种类型:规则台阶型、单侧倾斜型和不规则条纹型,分别对应着不同的γ片层厚度。所有类型的表面浮凸的产生都与扩散台阶生长机制有关,但其中单侧倾斜表面浮凸还兼有切变相变机制的性质。表面浮凸的金字塔型台阶结构证明γ片层沿长度方向和厚度方向的生长需要新台阶在已形成的台阶面上不断形核和长大。γ片层在厚度方向的生长主要受台阶阶面上的小台阶（或是扭折）间距和尺寸的影响,而在长度方向受台阶间距和尺寸影响不大。阶面上小台阶（或是扭折）的间距和尺寸直接决定了γ片层所能达到的厚度。单侧倾斜表面浮凸由三部分构成:（i）单侧倾斜表面浮凸的绝大部分由γ片层构成;（ii）在倾斜侧面的底部由发生形变的基体构成;（iii）在靠近样品表面附近存在异常结构层。从样品表面到样品内部,γ片层与相邻的基体,甚至与发生形变的基体之间都遵循Blackburn取向关系。表面浮凸的结构表明γ片层析出的初始阶段由切变相变机制控制,从而产生了快速凸起的倾斜侧面。γ片层通过扩散机制依靠生长台阶向其侧面生长,生长台阶的聚束或合并产生了表面浮凸的阶面。在原子尺度上,表面浮凸的台面由呈针齿状的界面构成,而阶面则是由纳米尺度的小台阶构成。随着冷却速度的增加,γ片层的开始析出温度降低。γ片层的形核方式由以晶界形核占主导地位的方式转变为以晶内均匀形核和相变应力诱发形核的方式。冷却速度越高,在高温阶段析出的γ片层厚度就越小,同时片层表面浮凸上的台阶间距、高度和台阶圆角尺寸也连续减小。然而冷却速度的增加却对较低温度下均匀析出的γ片层的厚度几乎无影响。冷却速度的增加抑制了γ相晶界仿晶形貌的生长,从而使晶界形貌从齿状互锁型形貌转变为平直晶界形貌。形核率曲线整体呈“S”型。γ片层的形核率在相变初期很低,并且随着温度的降低而缓慢增加。在相变末期γ片层的形核率同样很低,并随温度的降低而缓慢减小,只在相变中期形核率快速增加。γ片层生长速度随冷却速度的增加而提高,尤其当冷却速度高于6oC/min时。γ片层的增厚生长曲线具有台阶形状,不同冷却速度条件下得到的增厚曲线整体呈抛物线型。在高温阶段析出的γ片层晶核和在较低温度均匀析出的γ片层晶核在结构上都已具有fcc结构特征,并且与基体之间存在狭长的结构转变过渡区。结构转变是通过沿（0001）晶面的堆垛层错实现的。在高温阶段,成分转变落后于结构转变,元素含量的改变只集中在fcc结构一侧的基体中。而对较低温度均匀析出的γ片层晶核,其结构转变与成分转变几乎是同步实现的。γ片层沿长度方向的生长只涉及到两个原子层厚度的区域。通过对实现α到γ相变的Shockley不全位错的类型进行分析,结果表明该转变兼具切变相变和扩散相变机制的特点。α到γ相变的发生会在γ片层周围产生应力场,使合金元素产生定向扩散。[11?00]_α2方向和[112]_γ方向在相变后不再保持平行,这使γ片层一侧相界面的稳定性降低,Shockley不全位错更易激活。合金元素的定向扩散与γ片层一侧界面的稳定性降低是γ片层单侧增厚的本质原因。