Ti2Al Nb基合金由于具有低密度、高强度等性能优点被广泛应用于高超音速飞行器、先进战机、空天飞机等重大战略航空航天领域。但随着科技发展日新月异,传统金属性能无法满足设备需求,亟需创新研发高效轻量化新材料。梯度结构材料由于能够打破传统强塑性限制,实现材料强塑均衡性和服役性能的大幅提升,发展前景优异。为此,本文以充分挖掘Ti2Al Nb基合金性能潜力为研究目标,提出了旋转梯度挤压制备高性能梯度结构材料的精准协同调控成形工艺方案。论文结合理论计算、模拟仿真和工艺试验分析了模具结构（成形单元角度、成形单元个数、挤压比）对梯度结构材料变形行为的影响,明确了模具结构参数对应变梯度和载荷的影响主次顺序分别为:成形单元角度＞挤压比＞成形单元个数和挤压比＞成形单元个数＞成形单元角度。最终确定成形单元角度135°、成形单元个数3、挤压比2.56为模具结构参数。设计加工模具工装开展5A06铝合金GE（Gradient extrusion）物理模拟试验。变形试样沿径向形成了晶粒尺寸由里及表从317μm细化至91μm的梯度结构。较初始试样（晶粒尺寸332μm、硬度91 HV）,变形试样表面处晶粒尺寸下降约72.29%,硬度值提升约39.36%。基于DEFORM有限元仿真平台,建立了Ti2Al Nb基合金闭塞式旋转梯度挤压多物理场耦合有限元模型,模拟分析不同工艺参数对梯度构件内部时空流变行为的影响规律。研究表明:旋转梯度挤压变形在提高金属表面应变累积量的同时可以实现降载。随着挤压速度增加,应变梯度系数和成形载荷逐渐增加。在旋转圈数0.5,成形温度950℃,挤压比2.56条件下,较挤压速度0.5 mm/s,挤压速度为1.5 mm/s的应变梯度系数增加约5.03%,成形载荷增加约43.80%。随着旋转圈数增加,应变梯度系数和成形载荷呈先增加后减小趋势。在挤压速度1.0 mm/s、成形温度1000℃、挤压比2.56条件下,旋转圈数为0.5时材料应变梯度系数最大（1.216）,成形载荷约为31.19 t。较旋转圈数为1,两者分别增加3.75%、30.99%。随着成形温度增加,成形载荷逐渐减小,应变梯度系数呈先增大后减小趋势。在旋转圈数0.5、挤压速度1.5 mm/s、挤压比2.56条件下,成形温度为1050℃时的载荷最小约为21.75 t,此时应变梯度系数为1.284。随着挤压比增大,材料应变梯度系数和成形载荷逐渐增加。在旋转圈数1、成形温度950℃、挤压速度0.5 mm/s条件下,挤压比为4时的应变梯度系数为1.3875,较挤压比2.56,增大约14.38%。设计构建了以挤压速度、旋转圈数、成形温度和挤压比为输入变量,应变梯度系数和成形载荷为输出变量的三层BP神经网络预测模型。预测值与真实值间的平均误差分别为0.063%、0.482%。通过NSGA-II多目标算法设计,确定了较优工艺参数组合是挤压速度0.9 mm/s,旋转圈数1圈,成形温度1000℃,挤压比2.56。在该参数条件下开展了模拟仿真及工艺试验,变形材料应变梯度系数为1.22,成形载荷约为22.35t。