包晶合金的凝固是目前凝固领域研究的热点之一,随着新材料的不断开发和应用,很多具有重要应用前景的材料制备过程都涉及到包晶反应,例如,高温金属间化合物结构材料Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al合金,稀土永磁材料Nd-Fe-B和Co-Sm-Al合金,高温超导材料Y/Nb-Ba-Cu-O等。在过去的几十年里,人们对包晶合金的凝固行为进行了大量的研究,发现了许多新型的组织,也取得了许多重要的成果,但要尽快推进包晶合金在工程上的应用,还需要对包晶合金的凝固过程进行更深入的研究。在课题组对Fe-Ni包晶合金研究的基础上,本文选择Fe-4.1Ni和Fe-4.4Ni两种合金成分,通过感应加热方式对其进行了系统的定向凝固实验,研究了定向凝固过程中的组织演化。通过较为系统的定向凝固试验得到了丰富的组织:带状组织、混合带状组织、岛状组织、等温共生生长、胞状共生生长,并与电阻加热试验结果进行了对比分析,丰富了Fe-Ni包晶合金定向凝固理论。发现即使是在对流现象严重存在的情况下,包晶反应仍然存在并对组织形成具有重要的影响,总结了与电阻加热定向凝固过程中包晶反应的异同点。此外,本文利用连续切片技术对定向凝固过程中得到的几种典型组织:胞状共生生长、岛状组织、枝晶岛状组织,进行了三维重构,得到了精确的三维空间形态,并在此基础上系统分析了包晶反应对组织形成的影响,避免了二维分析可能带来的误差。同时,利用三维重构方法再现了单胞端部的几何形态,对胞的直径d和端部半径R进行了精确的测量;将胞的端部几何形态与流体动力学中的Saffman-Taylor粘性指方程进行了对比,发现两者具有很大的相似性,验证了胞状共生生长模型;以胞状共生生长组织为例定量分析了包晶反应对包晶两相体积分数的影响,发现包晶反应前后有37.8%左右的初生相重新溶解;包晶反应对胞状共生生长的形态稳定性也具有重要影响,主要体现在包晶两相界面距离l,通过定量测量发现包晶两相界面之间的距离l与胞的直径d及端部半径R之间的关系为:l≈2d≈7R,为胞状共生生长模型的进一步验证和改进提供了试验数据。