TiAl合金具有密度低、强度高、高温抗蠕变性能和抗氧化性好等许多优良的高温物理性能,使其成为最具应用潜力的航空航天轻质高温结构材料。然而,TiAl合金的本征脆性使其室温塑性差,加工成形困难,严重阻碍了TiAl合金在工业上的大规模应用。近年来的研究表明,材料的构型设计可以协同提升材料的强度和塑性,有望解决金属材料强塑性倒置关系的难题。本文基于构型设计理念,以名义成分为Ti48Al2Cr2Nb（at.%）和Ti45Al8Nb（at.%）预合金粉末为原料,采用粉末冶金的工艺制备具有双组元、晶粒尺寸分级的TiAl合金,旨在改善TiAl合金的综合力学性能,并通过SEM、EBSD等分析手段,研究了TiAl合金在室温和高温条件下的变形行为。采用真空热压烧结工艺制备致密化TiAl合金,对TiAl合金烧结组织进行了分析。1300℃烧结的双组元TiAl合金完全致密,形成具有双组元、粒尺寸分级特征的近γ组织,粗晶源于原始粉末中的粗大晶粒,而细晶源于多点成核的细晶粉末以及热压过程中α2相与γ相之间的钉扎作用。对双组元TiAl合金进行了纳米压痕、室温压缩以及高温拉伸的力学性能测试,研究了变形微观组织和裂纹生长方式,分析了TiAl合金的强韧化机制。双组元TiAl合金具有优异的室温压缩强度与塑性组合,抗压强度2500 MPa,压缩工程应变48%,是相同工艺条件下Ti48Al2Cr2Nb合金工程应变的1.3倍。分析不同压缩变形量的组织发现,双组元TiAl合金形成了大量孪晶以及在α2附近产生大量微裂纹。晶粒尺寸分级与双组元的组织特征,使被包围的粗大晶粒和Ti48Al2Cr2Nb区域受到长程压应力,提高了合金的加工硬化能力。微裂纹从硬脆α2相附近萌生扩展至γ相中钝化,缓解了应力集中,而且微裂纹的发展是先数量增多再扩展长大,这种裂纹的生长方式,使合金变形能力提升。双组元TiAl合金的高温拉伸具有明显的韧脆转变行为。在750℃,双组元TiAl合金塑性低,变形机制以位错滑移为主,断口呈现典型的冰糖状沿晶脆性断裂。800℃拉伸断口附近形成大量孪晶,变形由孪生主导。850℃拉伸断口附近同样存在孪晶,晶间出现链状再结晶晶粒。整个高温变形过程中,加工硬化与动态软化机制的相互竞争。双组元TiAl合金的韧脆转变温度在750℃～800℃之间,在此转变温度以上,合金中高强度的Ti45Al8Nb承担更大载荷作用,对Ti48Al2Cr2Nb的变形约束使其加工硬化能力提升,而孪晶与动态再结晶提供了的塑性应变。