钛铝基合金具有密度低,高温强度高,抗蠕变和抗氧化能力好等特点,可应用于航空航天发动机耐热结构件,在汽车行业也具有广泛的应用前景。但是钛铝合金的低延展率,特别是低室温塑性和成形性较差等难题限制了其在工业领域的规模化应用。为了克服钛铝合金的这些不足,本文采用气雾化方法制备了Ti-48 at.%Al合金粉末,对粉末的凝固组织和相演变进行了实验观察和理论分析。利用放电等离子烧结和热等静压方法进行粉末烧结,并通过热压缩模拟和等温锻造研究了热等静压态钛铝合金的热变形行为及其性能。氩气雾化粉末凝固组织SEM观察表明,形核质点数对凝固组织的影响很大。初始形核数量随着液滴尺寸的增加而增加,且与液滴尺寸近似成对数关系。随着液滴直径的增加,其固/液界面凝固形式由双曲模式转变为同心圆网格模式。将初始形核数作为变量引入牛顿冷却模型,得到了气雾化液滴凝固过程优化模型。并通过数学推导,建立了钛铝合金液滴初始形核过冷度和液滴直径之间的关系。在气雾化过程中,熔融的液流在高速气流作用下被破碎成不同尺寸的细小球形液滴,液滴急剧冷却,快速进入深过冷状态。液滴凝固释放的结晶潜热主要由液滴本身吸收,液滴很快进入再辉阶段。当液滴完全凝固之后,粉末进入固相冷却阶段。气雾化液滴的初始形核温度变化区间为1521到1757 K。由于再辉的作用,液滴的温度快速增长到接近液相线温度。当再辉过程结束,液滴的凝固速度降低。冷却速度明显随液滴尺寸的增加而快速降低。纯液相冷却的冷却速率约为105-106 K·s-1。再辉后冷却速率约为105 K·s-1。纯固相时冷却速率略有降低,约为104 K·s-1。气雾化钛铝合金粉末尺寸为5-120μm,平均粒径约为75μm。随粉末直径的增加,凝固组织由表面无特征平面晶转变为胞晶,最终演变为枝晶形貌。胞晶向枝晶的转变在一个单独的粉末内也可以观察到,其转变过冷度约为95 K。利用理论模型对初生相的相选择进行了预测,并通过SEM、EBSD和TEM对最终相进行了观察,得到了不同尺寸气雾化钛铝合金的相演变过程。初生相α和β的竞争取决于液滴的过冷度,主要受液滴尺寸影响,随着液滴尺寸的增加,初生相由α相转变为β相,液滴初生相转变临近尺寸约为25μm,相应的临近形核过冷度约为102 K。随着气雾化液滴过冷度的降低,α2+γ层片和网状结构的含量从20%增加到70%。其中,α2+γ层片的最大宽度基本不变,约为0.3μm。但是,析出γ层片的宽度增长很大,从0.03μm增大到0.15μm。在所有粉末中均存在偏析γ相。钛铝合金粉末相结构中γ相的含量受粉末尺寸影响很大,随着粉末尺寸的增加而大幅增加,从12%增加到85%。粉末截面的硬度随着粉末直径的增加而增加,在直径50μm的粉末中测的最大值为652 HV。当粉末直径继续增加,硬度不断下降,粉末的硬度与相组成和形貌相关。对气雾化钛铝合金粉末进行了放电等离子烧结和热等静压烧结,烧结后钛铝合金成分均匀、基本消除了偏析,晶粒尺寸细小,合金致密度达到99.6%以上。基于热压缩实验分析,热等静压态钛铝合金的热变形应力、变形温度和应变速率符合Arrhenius关系,真应力-真应变曲线表明合金的流变应力受变形温度和应变速率影响,合金的变形激活能为396.2 k J·mol-1。通过计算给出了合金热变形过程的本构方程,该方程的拟合相关系数和误差分别为0.99483和3.956%,预测方程与实验结果一致性较好。采用EBSD和TEM对热变形过程中合金的微观组织演变进行了分析,发现在所有热变形过程中均存在再结晶。得到的再结晶组织细小,并有少量层片结构保留在变形组织中。研究了热等静压态钛铝合金热变形行为和组织演变规律,建立了Ti-45Al-6Nb-0.3W(at.%)合金的热加工图,合金的等温锻造参数为:1200℃,0.01-0.1 s-1。在加工图所示的变形区域完成了合金的等温锻造过程。