TD3合金是一种中等Nb含量的（α2+B2+O）三相Ti3Al基合金,是我国航空发动机在研的高温钛合金之一,有望作为重要结构材料替代一些高温合金应用于航空发动机,但高温抗氧化性不足限制了其实际应用。目前,TD3合金的热强性已足够甚至超额满足当前需求,机械性能与传统高温材料相当,制约TD3合金替代传统高温材料的因素之一就是高温抗氧化性能较弱,长时工作温度限制在650～700℃,无法冲击更高服役温度。为了最大限度降低高温氧化带来的危害,提高TD3合金的高温抗氧化性能,就必须研究其高温氧化行为,探究影响TD3合金高温氧化性能的因素,为下一步提高TD3合金高温抗氧化性能提供实验依据。本文首先对TD3合金进行900℃、1000℃、1050℃退火处理,获得不同组织结构的TD3合金,利用X射线衍射分析仪及扫描电子显微镜分析其微观组织结构,并总结了TD3合金退火过程中的组织演变规律。结果表明:TD3合金原始材料经900℃退火处理后合金内部α2相未发生变化,细小片层状O相溶解在B2相中,形成更宽更短的片层结构。经1000℃退火处理后合金内部没有等轴状α2相存在,在B2相晶界处发现粗板条状α2相存在,B2和与O相形成B2/O相片状集束。经1050℃退火处理后合金内部O相呈V字型形貌,形成B2/O相片状集束,等轴状α2相分布在B2相晶界处。其次,对TD3合金原始材料及不同温度退火处理材料进行800℃恒温氧化实验和循环氧化实验,测量氧化增重绘制氧化动力学曲线,利用X射线衍射分析仪及扫描电子显微镜分析氧化层组成和结构,研究组织结构对TD3合金恒温氧化行为和循环氧化行为的影响。结果表明:组织结构对TD3合金800℃恒温氧化行为影响较小,不同组织结构TD3合金均表现出较好的抗恒温氧化性能。组织结构对TD3合金800℃循环氧化行为影响较大,不同组织结构TD3合金均表现出较差的抗循环氧化性能,主要原因为氧化膜的剥落。最后,结合基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算TD3合金各组成相（α2+O+B2）的原子空位形成能及氧原子在三相体相内的占位与扩散,探究TD3合金的氧化性能。结果表明:O相、B2相和α2相中Al空位形成能最低,在材料氧化初期,Al原子更易脱离基体内部向表面扩散,与氧原子结合形成Al2O3,三相均有一定的抗氧化能力。氧原子在O相、B2相和α2相中优先占据八面体间隙位置,且在富钛八面体间隙位置最稳定。根据氧原子在O相、B2相和α2相沿最佳扩散路径扩散需要跨越的势垒大小判断,氧原子在O相中扩散时最容易的,α2相次之,B2相中最困难。