Ti2AlNb基合金具有比一般钛合金更高的高温强度和高温蠕变抗力,比Ti-Al基合金更高的塑性、韧性及可加工性,已成为航空航天领域备受关注的新型轻质高温结构材料。然而,金属间化合物的本征脆性使得Ti2Al Nb基合金在先进航空发动机上应用时面临着韧性不足的技术难题。如何通过工艺技术创新提高断裂韧性是实现Ti2Al Nb基合金工程化应用过程中亟待解决的关键问题。西北工业大学与钢铁研究总院等合作单位一起提出了B2相区等温锻造的全新工艺,获得了一种双尺寸O相板条组织,在不降低塑性的条件下,显著提高了断裂韧性和高温蠕变性能,具有广阔的应用前景。为了实现通过热机械加工过程对板条组织进行精确调控,以期获得具有更高断裂韧性的双尺寸O相板条组织,本文选取Ti-22Al-25Nb（at.%）合金为研究对象,研究了Ti2Al Nb基合金在B2单相区的变形行为及组织演变,以及变形组织在O+B2相区热处理时的O相板条析出行为,并研究了双板条组织的准解理断裂机理,以及双板条组织在室温和高温条件下的断裂韧性。研究获得了合金在B2单相区等温变形过程的应力-应变曲线及其随变形温度及应变速率变化的规律,应用Zener-Hollomon参数建立了合金在B2单相区变形的Arrhenius幂函数型本构模型,实现了对合金在B2单相区变形行为的准确预测。阐明了合金在B2单相区的变形机制为动态回复和连续动态再结晶。首先在初始B2晶界优先形成包含高密度变形位错的带状组织,带内的位错发生动态回复形成亚晶,随后亚晶界迁移合并发展为大角度晶界,从而发生连续动态再结晶。研究了应变速率对变形组织中O相板条析出行为的影响规律。在经历高应变速率变形的组织中,O相析出时发生了强烈的变体选择,形成了O相板条相互平行的丛域结构。透射电镜观察和背散射衍射分析发现,B2相中变形位错密度大,且局部位置有序排列,诱发了O相析出过程的变体选择效应。在经历低应变速率变形的组织中,未发现O相丛域结构,这是由于变形过程中发生了较强的动态回复,变形位错密度小,且无序排列,O相析出时未发生变体选择。基于B2相中变形位错应力场和O相析出过程相转变应变的弹性相互作用,建立了O相析出过程相互作用能的晶体学计算模型,获得了O相变体沿位错应力场不同方向析出的相互作用能曲线。依据相互作用能最小的O相变体优先析出的原则,预测了B2相中常见变形位错应力场引起的O相变体选择效应,预测结果与透射电镜选区衍射分析获得的丛域结构中平行O相板条的位向关系完全吻合。揭示了B2晶界的位相差对晶界O相析出行为的影响机制。一般地,在大角度晶界处,O相析出时选择与晶界一侧的B2晶粒保持特定位向关系的变体;在小角度晶界处,O相析出时选择与两侧的B2晶体同时保持近似特定位向关系的变体。特别地,当晶界两侧的B2晶粒具有一个平行的{110}B2,且<111>B2//<1 11>B2时,具有与该{110}B2晶面平行的（001）O晶面的两个O相变体可以被同时选择,并且分别与两侧的B2晶粒保持位向关系。这两个O相变体具有平行的（001）O,且<110]O//<1 10]O,即两个变体之间具有多晶孪晶位向关系。揭示了双尺寸O相板条组织在室温条件下以B2相解理为主导的准解理断裂机制。裂纹沿着B2相的解理面扩展,形成解理刻面;裂纹前端O相板条发生解理断裂,形成迷你小刻面。裂纹在B2相基体发生钝化形成浅韧窝。采用迹线法测定了B2相的晶体学解理面为{100}B2和{110}B2。B2相解理面转变导致解理裂纹扩展时发生偏折,这种解理面的变化既能在大角度晶界发生,也能在小角度晶界发生。提出了描述某个晶面是否有利于发生解理断裂的参数解理因子fC,B2晶粒一般沿着具有大解理因子的解理面断裂,但是由于断裂过程还受到邻近晶粒的影响,B2晶粒并不总是沿着具有最大解理因子的晶面解理。双尺寸O相板条组织具有优异的断裂韧性,室温断裂韧性可以达到32.9MPa m,高温（650℃）断裂韧性可以达到65.4MPa m。减少组织中粗板条O相的数量可以提高组织的室温断裂韧性。对组织室温断裂韧性的贡献中,内部因素起主导作用,外部因素的贡献仅为7～8%。在高温条件下,组织的裂纹扩展方式转变为韧窝断裂,断裂韧性的本部因素贡献和外部因素贡献都大幅提升。裂纹扩展路径的曲折程度显著增大。断裂韧性外部因素的贡献提高到～20%。建立了I型裂纹准静态扩展过程中裂尖塑性区大小的数学计算模型,计算结果表明组织在高温的裂尖塑性区远大于在室温的裂尖塑性区,这使得高温条件下组织的断裂韧性具有更高的内部因素贡献。