随着航空航天工业的发展，各种飞行器对材料的性能要求越来越高，尤其飞行器结构材料，对进一步减重和提高其高温服役性能的要求越来越迫切。Ti2AlNb合金以其优异的物理与力学性能，成为能在650~750°C使用的最具潜力的航空航天结构材料之一。由于作为金属间化合物存在的本征脆性，Ti2AlNb合金从铸锭到零件要经过热等静压、等温锻造、热挤或热轧、热成形及热处理一系列热加工过程。为对该类合金的热加工过程提供理论指导，本文以Ti-22Al-25Nb(at.%)合金板材为研究对象，对其不同组织状态下的力学性能和高温条件下的变形行为与成形性能进行了系统研究。为使合金板材优异性能得到充分发挥，采用恒温热处理方法研究了其不同热处理制度下的静态相变规律和不同组织状态下的力学性能，发现O相层片对合金的强化作用与其尺寸、含量密切相关，导致合金硬度和屈服强度随时效温度升高，呈现出先降低后升高的变化趋势，且O相层片对合金的高温强化效应优于室温强化效应。采用SEM对拉伸试样表面及断口进行了观察，发现裂纹容易在相互接触的粗大等轴O或α2相内部及界面处萌生，但可被B2相钝化和阻止其进一步扩展；滑移线可从片状O相和B2相间穿行而不致其在相界处产生应力集中；B2相晶粒过分粗大会使晶界处应力集中和变形不协调性加剧，导致材料过早脆断。基于此，提出了该合金热加工过程中组织控制的基本原则为：细化B2相晶粒；减少等轴α2或O相含量；通过对片层O相尺寸和含量的控制实现合金强度与塑性的良好匹配。为对该合金高温成形工艺及数值模拟提供参数，采用单向拉伸实验研究了其不同温度和应变速率下高温变形的力学行为，揭示了变形条件对流动应力及其应变速率敏感性的影响规律，即随变形温度升高或应变速率降低，屈服应力和峰值应力降低、稳定变形阶段延长、应变软化效应减弱、应变速率敏感性增强，且随温度升高，应变速率对应变速率敏感性的影响程度提高。为定量描述不同变形条件下流动应力的变化规律，建立了该合金高温变形不同形式的本构模型并提出了各模型对于该合金的适用性条件，即Arrhenius模型和Backoften模型适用于小应变速率变形，改进了的Johnson-Cook模型适用于大应变速率变形，在本构方程中引入应变软化因子exp(sε)可有效描述应变量对流动应力的影响。为揭示该合金高温变形的微观物理机制，采用SEM、TEM、EBSD等分析测试方法研究了其高温变形过程中的组织演变规律。发现板材于850~950°C(B2+O两相区)变形，O相动态析出并发生粗化、球化以及Nb元素的贫化，且950°C变形可促进O相向α2相转化。通过对板材970°C(α2+B2+O三相区)变形组织的研究，揭示了B2相基体的变形机制主要为位错滑移，初生α2相的变形机制主要为晶界滑动和位错滑移；板材高温变形的硬化机制主要为应变硬化和应变速率硬化，软化机制主要为动态回复，且应变硬化效应与回复软化效应相抵消。为研究板材双拉应力状态下的成形规律，对其930°C和970°C恒气压自由胀形过程进行了理论解析、实验研究与数值模拟。揭示了胀形过程中球壳轮廓的变化规律，即随胀形高度增大，球壳逐渐椭球化，且对于同等高度球壳，胀形温度越低(m值越小)，球壳顶点曲率半径越小，椭球化程度越大。阐明了胀形件壁厚分布特征，即从底部至顶部，壁厚逐渐减小，且胀形温度越低(m值越小)，壁厚分布均匀性越差。表征了胀形前后组织性能变化，即930°C胀形，O相大量析出并发生粗化和球化，导致硬度下降和空洞产生；970°C胀形，组织分布均匀，O相以层片形式在成形后冷却过程中析出使胀形件得到强化。采用感应线圈对板材及模具整体加热可形成符合高斯分布规律由内到外逐渐升高的温度场，在此梯度温度场内成形，当胀形压力较小时，可显著改善胀形件壁厚分布，减弱球壳顶点椭球化程度，提高加热速率，实现板材均匀、快速塑性成形。但若胀形压力过大，在与过渡圆角接触处，板料厚度方向上内外两侧材料发生剪切变形，引起过度减薄和剪切开裂。