随着经济和科技的高速发展,迫切需要开发航空航天新型高温合金材料。高Nb-TiAl合金通过Nb元素的合金化提高了其高温抗氧化性和蠕变性能,是被广泛关注的新一代高温轻质合金之一。本文针对铸造态、锻造态和锻造热处理态高Nb-TiAl合金开展了微结构演化表征、力学性能评价及失效机理分析。铸造态高Nb-TiAl合金1380℃/2h/FC和900℃/100h/FC热处理研究表明,铸造态高Nb-TiAl合金主要由层片晶团和层片团界构成,层片晶团内有等轴γ晶。层片团界有三种基本形态,即锯齿状形态、等轴状形态以及粗大条状形态。经1380℃/2h/FC热处理后,层片晶团内的等轴晶中有少量α2层片、β（B2）相和α2晶粒析出,层片团界转变为等轴状和层片状两种形貌。经900℃/100h/FC热处理后,层片晶团内的等轴γ晶转变为短棒状,层片团界转变为平直状和胞状两种形貌。锻造态高Nb-TiAl合金为层片晶团和等轴γ晶组成的双态组织,经1340℃/2h/FC热处理后,转变为全层片组织,层片团界转变为钝化的锯齿状和细化的条状形貌,层片晶团尺寸较铸造合金明显减小。针对铸造态、锻造态和锻造热处理态高Nb-TiAl合金进行了高温拉伸测试。结果表明,铸造态合金在脆性阶段的变形主要由位错、孪生与γ/γ相界、γ/α2相界间的相互作用所协调,在塑性阶段的变形主要由γ片层粗化、动态回复和动态再结晶所控制。锻造工艺提高了铸造态合金的拉伸强度,其变形机制为γ片层和γ等轴晶内的位错反应、动态回复和动态再结晶。锻造+热处理工艺提高了合金的高温强度,在脆性断裂过程中,层片晶团尺寸的减小和均匀化提高了合金的断裂强度,在塑性断裂过程中,β（B2）相对合金的变形与断裂有重要影响。开展了铸造态高Nb-TiAl合金低温/高应力下的蠕变损伤行为研究。结果表明,蠕变过程中铸造态合金以位错和孪生协调变形。经1380℃/2h/FC热处理可显著提升锻造态高Nb-TiAl合金的蠕变性能,其蠕变寿命由116小时增加至339小时,其主要原因为细小的等轴晶粒转变为具有锯齿状形貌的层片团界,避免了等轴晶对合金蠕变强度的弱化作用。研究了铸造态、锻造态和锻造热处理态高Nb-TiAl合金相同应力不同温度的蠕变性能。组织不均匀对铸造态高Nb-TiAl合金的蠕变性能有重要影响,小应变蠕变过程中,变形主要发生在小层片晶团内,在大应变蠕变过程中,细小的再结晶晶粒导致蠕变应变激增。锻造态合金在小应变蠕变中,以等轴晶再结晶为主导机制;在大应变蠕变中,则以层片晶团和等轴晶同时更大程度的再结晶为主导变形。锻造+热处理工艺减小了铸造态合金的层片晶团尺寸,进而提高了合金的组织均匀性,最终改善了铸造态合金在小应变蠕变阶段的性能。