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Ti2AlNb基合金具有优良的高温使用性能，是在650~750℃区间应用的航空航天轻质结构材料之一。为预测高温变形历史对Ti2AlNb基合金组织演变影响，控制薄壁复杂曲面板件尺寸精度及组织性能，本文以Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo (at.%)板材为对象，建立了微观组织与形变耦合的统一粘塑性本构模型，并对板材高温胀形性能及成形极限进行了理论和实验研究，为Ti2AlNb基曲面薄壁件的热加工成形提供理论依据及生产实例。 为研究热效应对板材组织演变影响，在910~1040℃区间进行热处理实验，并观察热处理材料组织，统计α2、B2/β和O相含量，分析三相相互转变及晶粒形状变化。为研究高温变形行为及形变对组织演变影响，测试了板材在910~1040℃和0.0004~0.1s-1恒定应变速率高温单向拉伸行为，求解Arrhenius方程，分析了微观组织演变过程。结果表明：在B2/β+O相区，O相含量较多，参与塑性变形过程，针状O相晶粒球化，B2/β+O晶粒在塑性变形过程中发生动态再结晶，当塑性变形较大时等轴α2相晶粒周围有明显空洞；在α2+B2/β+O区，α2和O相含量较少并呈等轴状，变形前后不发生变化，B2/β相含量较高，参与主要塑性变形，发生动态回复和再结晶；在α2+B2/β区，α2相含量较少，对B2/β相晶粒钉扎作用减弱，B2/β相晶粒粗化严重。 为定量描述材料晶粒尺寸和相含量对材料流动应力影响，测试了不同热处理试样在930℃和970℃高温变形行为。结果表明：随着热处理温度和热处理时间增加，材料晶粒尺寸增大，α2和O相含量增加，材料流动应力增加。通过考虑相含量和晶粒尺寸的蠕变方程计算得到：在α2+B2/β+O区，晶粒影响因子μ=1.1，B2/β和O相强化系数关系为KO=1.14KB2/β；在B2/β+O区，晶粒影响因子μ=1.7 ，B2/β和O相强化系数关系为 KO=1.23KB2/β。数据求解也证明了针状O相晶粒的球化对高温变形应变软化起重要作用。 为了考量相对位错密度、相对晶粒尺寸、相含量、材料损伤、塑性变形热、针状O相晶粒球化率等物理变量对流动应力的影响，建立了微观组织及形变耦合的统一粘塑性本构模型。利用遗传算法，结合权重距离目标函数，优化求解了模型材料参数。通过应变速率突变高温拉伸实验方法，验证了基于变化率的统一粘塑性本构模型能够准确拟合复杂变形加工历史对微观组织演变影响，比修正Fields-Backofen模型更准确。 研制了板材高温胀形测试装置，最高测试温度1000℃，通过控制胀形压力测试了Ti2AlNb板材高温恒定应变速率的胀形性能，通过变轴长比1/4、2/4、3/4和1的胀形模具和覆板胀形的方法测试了Ti2AlNb板材在970℃&0.001s-1条件的成形极限图。基于M-K理论预测了高温成形极限图，并与实验结果对比，发现双向拉应力状态时损伤增加和晶粒细化增大了M-K理论预测的高温成形极限图右侧误差。 开发了统一粘塑性本构模型子程序VUMAT，采用Abaqus软件对Ti2AlNb杯形件高温塑性变形过程进行微观组织及形变耦合模拟，预测不同成形温度和压力加载路径下杯形件的位错、损伤及晶粒尺寸成分布，并与试验件对比。结果表明：有限元模型可以较好的预测材料的应力应变，损伤和相对晶粒尺寸结果与实验结果相符。完成成形件后，研究了热处理制度对Ti2AlNb件的微观组织和使用性能影响。基于实验及有限元模拟结果，给出Ti2AlNb复杂曲面板件气胀成形的适合工艺路径为：在970~985℃区间以0.0004~0.001s-1应变速率成形，并快速冷却至820℃，保温一定时间后，快速冷却至室温。