TiAl合金具有密度低、高温比强度高和抗氧化性能优异等特点，是极具潜力的航空、航天及车辆动力系统用高温结构材料。变形TiAl合金可以通过热机械处理优化组织，具有较大的性能提升空间。近年来，变形TiAl合金的成分设计及组织-性能关系研究已取得了较大进展，挤压开坯工艺也得到广泛研究。然而，叶片成形过程中热力参数对其成形规律和组织演变的影响鲜有科学、系统的报道，制约了变形TiAl合金的应用和发展。为此，需要对挤压开坯后TiAl合金二次变形的热变形行为及组织演变规律进行研究。因而，本论文选题为“TiAl合金叶片模锻成形工艺和组织控制研究”，通过大量的高温热压缩实验，建立挤压态的Ti-46.5Al-2.5V-1.0Cr-0.15Gd(at.％)合金的流变应力本构方程和组织演变模型，并对有限元软件DEFORM3D进行二次开发，预测了TiAl合金叶片模锻过程在不同的变形工艺条件下的充型效果和组织演变过程，为TiAl合金叶片模锻工艺方案的制定提供理论依据。　　 本论文利用Gleeble-1500热模拟试验机对具有近Y组织的TiAl合金挤压棒材沿径向取样进行高温热压缩实验，变形温度为900℃～1200℃、应变速率为0.001s-1～1s-1，最大变形量为70%。建立了合金的热加工工艺窗口，对所获得的流变应力数据进行摩擦修正、数据处理、回归分析后，对峰值应力和峰值应变进行了数学描述，所建立的TiAl合金高温变形本构方程为σ=(-380.48-4595.25ε+8294.93ε2-3953.5ε3)+(18.06+146.13ε-269.74ε2+129.77ε3)·InZ，与实验值对比，误差在10%以内，其变形激活能为409.045kJ/mol;与热处理后双态组织的热变形行为对比分析发现，近γ组织沿径向变形的热加工性能较好，有利于叶片坯料沿径向变形。　　 对热压缩试样的微观组织进行定量金相统计分析，建立了挤压开坯TiAl合金二次变形的三维动态再结晶图。动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸在实验条件范围内受应变速率和变形量影响较明显，其次为变形温度。二次变形过程中所形成的流线组成相主要为GdO和GdAl2，并随着变形程度的增加，应变速率的减小，变形组织中的流线愈加明显；建立了TiAl合金二次变形过程中的动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸的数学模型。　　 将所建立的流变应力本构方程与微观组织演变的数学模型写入有限元模拟软件Deform3D，对TiAl合金叶片模锻过程进行了变形-传热-微观组织耦合的三维数值模拟。描述了叶片模锻的成形规律，研究了热变形参数(变形温度、变形速度和摩擦因子)对叶片模锻过程的影响。在所选工艺参数范围内，变形温度主要影响变形过程的载荷大小，变形速度的影响主要表现在对等效应力和等效应变速率的大小及均匀性，摩擦因子主要影响等效应变速率的大小和均匀性，对微观组织的模拟结果表明，变形温度、变形速度和摩擦因子对动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸的影响均较为显著。综合对比分析，选用变形温度为1200℃，变形速度为0.05mm/s，摩擦系数分别为0.2的工艺条件，所获得的变形均匀性和组织均匀性较好，其平均动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸分别为91%和5.32μm。　　 沿挤压棒材径向取Φ36mm×40mm的TiAl合金坯料进行了不同变形量的锻造过程的模拟和实验，变形量分别为62.5%，70%和87.5%。模拟结果表明，变形量达到87.5%时，均匀变形区基本扩大至整个截面，难变形区减小至2.4%，且等效应变场、等效应力场和等效应变速率场分布较为均匀。与实验结果对比发现，变形过程中的最大载荷的计算值与实验值基本吻合，误差在9%以内；动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸的实验值与计算值基本吻合，误差在10%以内。TiAl合金经过挤压开坯后所获得细小组织减小了二次变形过程中的开裂倾向，变形量达到87.5%仍形状完整，无裂纹产生；微观组织更加细小、均匀，且动态再结晶体积分数达到95%，动态再结晶平均晶粒尺寸约为3.6μm。