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TiAl基合金是一种极具应用潜力的轻质高温结构材料,在航空航天领域,其制备的轻量化构件可显著提升飞行器的推重比,实现飞行器的减重、增速和增程。然而,TiAl基合金的室温塑性、热加工性能以及可焊性均较差,严重制约着其工程化应用。细化微观组织不仅可以提高合金的塑性,同时可以改善其热变形性能,拓宽其热加工窗口。基于此,本文以预合金粉末为原料,分别采用热压烧结法和放电等离子烧结法制备了细晶TiAl基合金,并对其力学性能及高温断裂机制进行了研究;基于对烧结态合金的热变形行为和微观组织演变规律的研究,采用自阻加热镦粗工艺实现了具有不同典型微观组织的锻态合金的可控制备和力学性能的优化;采用脉冲电流辅助扩散连接技术实现了TiAl基合金的高效连接,并通过等温锻造/脉冲电流辅助扩散连接复合工艺制备了TiAl基合金中空构件。以气雾化法制备的Ti46.5Al2Cr1.8Nb0.2W0.15B预合金粉末为原料,采用热压烧结法制备了TiAl基合金,研究了烧结参数对微观组织和力学性能的影响。研究发现,烧结过程中发生了α2→γ相变,部分粉末发生了动态再结晶。当烧结温度在1100°C-1300°C范围内时,材料的微观组织均由近γ组织构成;当烧结温度为1350°C时,材料由粗大的全片层组织构成。热压烧结态TiAl基合金的高温力学性能受烧结温度和保温时间影响较大,随着烧结温度的升高和保温时间的延长,其在800°C时的高温塑性延伸率先升高后降低,1300°C/120min烧结制备的合金,其延伸率达到了80%左右。这是由于随着烧结温度的升高和保温时间的延长,材料内部的原始粉末边界和非均匀微观组织逐渐消失,导致其断裂机制由原始粉末边界开裂转变为微孔聚集长大型断裂。采用放电等离子烧结法成功制备了TiAl基合金,随着烧结温度的升高,依次制备出具有近γ组织、双态组织、近片层组织和全片层组织的TiAl基合金。所有的合金均存在明显的非均匀微观组织和原始粉末边界,在800°C拉伸测试时,原始粉末边界开裂导致了其较差的高温力学性能。通过高温热模拟试验,研究了热压烧结制备的近γ组织TiAl基合金在α+γ两相区的热变形行为。建立了本构方程和热加工图,并结合微观组织观察确定了其热变形失稳区:温度范围为1125°C-1155°C,应变速率范围为0.1s-1-6.3×10-2s-1。研究发现,在热变形过程中发生了明显的动态再结晶和相变。建立了相应的动态再结晶模型,并研究了其组织演化规律:当在低温高应变速率下变形时,形变孪晶在变形过程中起到了重要作用,其不仅可协调变形,同时还促进了再结晶形核。此外,随着变形温度的升高和应变速率的降低,微观组织由近γ组织转变为双态组织。基于其热变形行为的研究,采用自阻加热镦粗工艺成功制备了锻态TiAl基合金,相对于热压烧结态合金,其800°C下高温延伸率提高至110%。此外,锻态合金在1000°C、应变速率为2×10-4s-1时表现出较好的超塑性性能,其延伸率达到了410%。通过高温热模拟试验,研究了放电等离子烧结制备的具有双态微观组织的TiAl基合金的热变形行为,建立了其本构模型和热加工图,研究了其微观组织的演变。研究发现,初始γ相在变形过程中发生了明显的动态再结晶。随着变形温度的升高、应变速率的降低及变形量的增加,其初始片层分解程度逐渐提高并被新生片层所取代。分别以放电等离子烧结制备的具有近γ组织和双态组织的合金为原料,采用自阻加热镦粗制备了锻态TiAl基合金。研究发现,随着镦粗温度的升高,依次获得了具有近γ组织、双态组织和近片层组织的合金。800°C高温拉伸测试表明其高温塑性延伸率均得到较大改善,其塑性延伸率由烧结态合金的45%提高至锻态合金的106%左右,达到了热压烧结-自阻加热镦粗工艺制备的锻态合金的性能。这是由于经过镦粗后,材料内部的原始粉末边界和非均匀微观组织均被消除,其断裂机制由烧结态的原始粉末边界开裂转变为微孔聚集长大型断裂所导致。采用脉冲电流辅助扩散连接工艺实现了TiAl基合金的高效连接,研究了其界面微观组织和力学性能的演化规律。当连接温度为1100°C、保温时间为20min、压力为25MPa以上时,界面剪切强度可达到基体强度的90%以上,其连接效率相比于热压扩散连接大幅提升。基于此,采用等温锻造/脉冲电流辅助扩散连接复合工艺制备了典型的中空结构,为TiAl基合金的应用提供了新思路。