随着航空航天工业的不断发展，采用高比强度的高温结构材料是现代航空航天技术发展的必然趋势。Ti2AlNb基合金具有低密度、高比强度、良好的抗氧化性及无磁性等优势，成为能在650-800°C使用的最具潜力的轻质高温结构材料。但是，由于该合金属于三元体系，相转变关系较为复杂，微观组织和力学性能对热机械加工比较敏感。因此，全面系统地认识Ti2AlNb基合金的微观组织的演变规律，建立工艺-组织-性能之间的定量关系就显得格外重要，这也是加速其在航空航天领域应用迫切需要解决的问题。然而，先前的研究结果偏重于通过改变合金成分以及添加合金元素来调节合金的各项力学性能，对通过不同热机械处理来调节合金组织和性能的研究报道较少。因此本文对Ti2AlNb基合金在不同相区进行等温锻造，随后调节不同的热处理制度，全面系统地研究了Ti2AlNb基合金的显微组织演变规律，并对组织性能关系进行了深入的探讨，其主要研究结果如下：为了控制合金热变形过程中B2晶粒的长大，制定合理的热加工工艺，研究了合金B2晶粒的长大行为。发现B2晶粒尺寸随加热温度升高、加热时间延长而增大，并建立了B2晶粒的长大动力学；晶粒长大的激活能随着加热时间的延长而增大，主要与B2晶粒尺寸不断长大，单位体积内的晶界面积和界面能减小，晶界迁移驱动力减小有关。此外，还探讨了α2颗粒对B2晶界扩散的钉轧作用，基于Zener模型很好地解释了等轴颗粒对B2晶界扩散的钉扎作用。研究揭示了合金在不同相区等温锻造过程中显微组织的演变规律。发现随着等温锻造温度的升高，合金组织中B2晶粒尺寸增大，等轴颗粒数量下降。在O+B2两相区锻造，板条O会发生动态球化，这是合金在低温热加工过程中软化的主要原因，其球化机制主要为剪切断裂机制；在α2+B2+O三相区锻造，α2和B2相通过包析反应生成的rim-O能有效增加热变形过程中等轴颗粒的变形性能力，提高热加工性。分析了热处理对合金显微组织演变规律的影响，并进行了定量分析，探讨了合金组织演变的机制。总体来说，等轴颗粒主要由固溶处理来控制，固溶温度的升高有助于等轴颗粒数量的减少；而二次板条O主要由时效工艺来控制，时效温度的升高使得板条厚度增加。固溶温度的变化会引起B2相中各个元素含量的显著变化，随着固溶温度的升高，B2相中的Al元素含量逐渐增加，而Nb元素含量逐渐减少。对α2+B2两相区等温锻后合金进行热处理，会形成一种双尺寸板条组织，双尺寸板条组织中的粗板条只能是在O+B2两相区固溶得到，而细板条是在低温时效时得到。双尺寸板条组织中粗、细板条的体积分数、厚度可以由固溶时效温度来很好地控制。对B2单相区等温锻造后合金在α2+B2+O三相区固溶，板条组织会发生静态球化，静态球化分为与B2相嵌入有关的晶界分离和晶粒粗化两个阶段。对热处理组织中等轴颗粒的来源及其相变规律进行了探索研究，发现尺寸较大的等轴是锻态组织中等轴颗粒保留下来的，而尺寸较小的等轴颗粒是加热过程中板条组织静态球化的结果。α2+B2两相区等温锻造后的合金在O+B2两相区固溶时，等轴α2颗粒将分解成贫Nb区和富Nb区，富Nb部分形成O相板条。这些O相板条首先在α2颗粒边缘逐层析出，其厚度主要和固溶和锻造温度有关，颗粒边缘和内部的O相的形核和粗化存在不均匀性，在O相板条粗化的同时，剩余的α2相逐渐溶解到B2基体中。研究了Ti-22Al-25Nb合金的力学性能，详细介绍了等温锻造温度、固溶时效处理对合金拉伸性能的影响规律。随着等温锻造温度的升高，合金的强度和塑性呈现先增后降的趋势，在B2单相区等温锻造时，析出的等轴和板条内位错密度低，B2基体起主要的变形作用；而在B2单相区以下等温锻造时，板条和等轴颗粒内位错密度增加，位错缠结和塞积，等轴颗粒和板条O对合金的变形同样起着至关重要的作用。相的形态、尺寸对合金力学性能的影响较大，尽可能在靠近B2相变点附近进行等温锻造，以控制等轴颗粒数量和B2晶粒尺寸，在低温时效以获得较细的板条组织是提高合金强度和塑性的关键。