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γ-TiAl合金密度低、比强度和比模量高，具有较好的抗氧化性和持久性能，在航空航天和汽车等领域具有广阔的应用前景。γ-TiAl合金作为一种新型轻质高温结构材料，近年来受到国内外研究者的普遍关注。目前制约γ-TiAl合金应用的主要因素是较低的室温塑性和断裂韧性，发展具有良好综合性能的细小全片层组织，发掘γ-TiAl合金最大潜力成为TiAl合金研究的热点之一。本研究利用热挤压变形和热处理的手段得到细小全片层组织，以期得到优良的综合性能，重点将在γ-TiAl合金挤压工艺、组织控制和性能研究等方面展开工作。
γ-TiAl合金铸态组织为粗大柱状晶，在热变形时组织对晶界处楔型裂纹非常敏感，这给TiAl合金的加工变形带来了极大的技术难题。本研究通过采用包套一间歇挤压的方式有效解决了TiAl合金开坯成形的问题，采用1Cr18Ni9Ti不锈钢作为包套材料，硅化物玻璃纤维布作为隔热材料，使TiAl合金坯料在挤压过程中处于准等温状态。在1250℃～1390℃温度范围对TiAl合金挤压，通过对包套坯料结构、挤压入膜角、间歇时间和润滑条件等挤压工艺参数的优化，解决了包套材料与TiAl合金高温流动应力不匹配问题，得到变形均匀一致的TiAl合金棒材。
研究TiAl合金在α+γ两相区和α单相区挤压态组织发现：铸态原始组织经过挤压变形后得到很大程度破碎，但是由于铸态枝晶间Al元素偏析，挤压态TiAl合金显微组织为细小等轴晶带、粗大γ晶粒晶带以及全片层晶带构成的带状组织。通过提高挤压变形温度，可使挤压后组织变得更加均匀。由于挤压过程中受变形热和热传递所造成的温度梯度以及局部化学成分偏析的共同影响，TiAl合金在Tα转变点(1330℃)挤压，棒材横截面组织不能全部转变为全片层组织，而是由中心部位全片层组织向边缘部位的近片层和等轴组织逐渐过渡，采用硅化物玻璃纤维布作为隔热材料能减小温度梯度，使横截面组织趋于一致。
为了改善挤压态TiAl合金均匀性，对TiAl合金在各个温度段进行热处理。研究表明：由于挤压态TiAl合金中存在大量的畸变能，因此在随后的热处理中，可以通过畸变能的释放使变形态组织易于发生回复和再结晶，在较短的时间内就可获得所需要的均匀显微组织。同时为了获得具有良好综合性能的细小全片层组织，重点考察了合金Ti-47Al-2Cr-1.8Nb-0.15B-0.2W在Tα以上保温时间H2、冷却速率R3和Tα以上加热温度T2对全片层显微组织的影响。研究发现：全片层尺寸大小D随保温时间H2符合一次线性关系：D=73.4+0.03t：而冷却速度R3(dT/dt)与片层间距九符合以下关系式：λ=594(dT/dt)-1/2。为了考察TiAl合金细小全片层组织在高温应用期间的显微组织稳定性，研究了合金在700～1000℃停留不同时间段的时效行为，发现显微组织时效变化主要表现为晶界处不连续粗化和晶粒内部亚晶界片层界面处的连续粗化，在α相固熔处理后缓冷到室温可以提高细小全片层组织的稳定性。
对挤压态γ-TiAl经过不同热处理得到的四种典型组织进行了室温拉伸、高温拉伸性能研究。通过强度和塑性力学性能的对比发现：TiAl合金的屈服强度随着组织中片层体积百分比的增加而增大，而塑性的高低主要受裂纹形核控制与晶粒度或片层间距的影响。重点对细小全片层组织中片层间距对拉伸性能的影响做了研究，发现合金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.15B-0.2W在室温和高温下片层间距与屈服强度很好地符合Hall-Patch关系式，其中细小全片层组织具有良好的室温性能(屈服强度550～680MPa，室温塑性3～3.6％)，到达了目前国际上报道的TiAl合金最佳性能的同等水平，极大改善了室温TiAl合金的可加工性。
对双态组织和全片层的持久性能研究发现：持久变形主要通过位错攀移过程完成，影响持久断裂寿命的主要原因是片层晶界处动态再结晶生成的γ晶粒与片层晶粒之间的不协调变形，变形过程中在二者之间形成剪切带，逐步发展成孔洞最终导致材料断裂。为了考察服役环境对TiAl合金力学性能的影响，研究了TiAl全片层组织650℃/800℃温度下的热暴露性能，对比拉伸性能发现：表面不同氧化层热膨胀系数的差异造成的内应力是基体塑性下降主要原因。