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为满足超音速飞行器、未来涡轮发动机和壳体热防护系统对800～1000℃使用的轻质高强合金薄材的迫切需求,TiAl合金板材的制备至关重要。基于此,本文探索出两种新型高Nb-TiAl合金板材的制备工艺-箔箔冶金法和冶金铸锭直接包套热轧,并对Ti/Al箔材之间的反应行为、铸态高Nb-TiAl合金热变行为、显微组织和力学性能进行了系统的研究。同时,还对热轧近γ组织的高Nb-TiAl合金的超塑性行为进行了研究。主要研究成果包括以下几个方面：(1)利用热压烧结的Ti/Al叠层材料系统研究了不同阶段Ti/AI箔材之间反应行为。研究结果表明,通过固相Ti和液相Al之间的反应,Ti/Al微叠层能够完全转变为Ti/TiAl3叠层：随后在高温反应退火过程中,伴随着中间过渡相TiAl2和Ti2Al5的同时形成与相继消失,Ti/TiAl3叠层最终转变为Ti3Al/TiAl叠层材料。采用680℃/2h+1200℃/36h+1400℃/24h三步热处理Ti/Al/Nb叠层的方法成功制备了Ti-46Al-7.5Nb(以下除特殊标记外,全为原子分数)合金板材。所制备的板材具有全片层结构,Ti、Al、Nb元素均匀分布。(2)采用热模拟手段,研究了Ti-45AI-8.5Nb-(W, B,Y)合金的热变形行为,揭示了合金组织的演化规律以及变形温度和应变速率对合金流变应力的影响机制。采用5th拟合式,描述应变量对本构方程中材料常数的影响,建立了高Nb-TiAl热变形本构方程,其在预测流变应力上具有良好的精度。根据动态材料模型,建立高Nb-TiAl合金的热加工图,并据此确定轧制工艺参数范围。(3)开发出以冶金铸锭为坯料直接制备高Nb-TiAl合金板材工艺路线,并且可控制板材组织。此工艺无需热等静压+等温锻造/等温挤压预处理,流程简单,更适合工业化大规模生产。采用该技术,成功制备出大尺寸的Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)合金板材,其尺寸达到了1000mm×70mm×2mm。通过控制轧制温度,直接获得近γ(NG)、双态(DP)和近片层(NFL)三种典型组织。其中NFL组织细小,片层团的平均尺寸为38μm,这是目前为止变形高Nb-TiAl合金达到的最小片层团尺寸,对应的NFL组织室温屈服强度高达1116MPa、抗拉强度1133MPa、延伸率0.46%。同时,NFL组织表现出优异的高温强度指标,在室温至800℃之间,抗拉强度保持在1000MPa以上,900℃抗拉强度仍高到680MPa。(4)具有NG组织的热轧Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)合金体现出优异的超塑性,在1050℃、2×10-4s-1条件下延伸率高达824%。尤其是,该组织表现出良好的低温超塑性,在950℃、2×10-4s-1条件下延伸率达到410%,这对于高Nb-TiAl基合金超塑性成形技术的工业化应用具有重要意义。(5)在950℃～1100℃范围内,高Nb-TiAl合金超塑性变形应变速率敏感性因子m值在0.41～0.62之间,表观激活能Q=238kJ/mol,其超塑性变形行为属于再结晶协调下晶界扩散控制的晶界滑移机制,其中β相对于协调变形有重要贡献。在超塑性变形过程中,高Nb-TiAl合金表现出良好的抗空洞形核和扩展能力,其超塑性变形失效机制为晶间断裂模式。