γ-TiAl合金是新型的轻质耐高温结构材料,具有低密度、高比强度、高比刚度、优异的抗氧化及抗蠕变性能,在航空航天及汽车制造领域极具应用前景。为了追求更高的服役温度,Nb添加成为TiAl合金的重要发展趋势之一。高铌TiAl合金是我国自主研发的TiAl合金体系,使用温度高达850^oC。然而微观偏析严重、组织均匀性差、显微织构强烈以及开裂倾向大等问题限制了高铌TiAl合金的应用。本文以Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.2B-0.02Y合金为研究对象,对高铌TiAl合金由高温至低温的组织演化行为进行了系统的研究,分析了微观偏析、组织均匀性、显微织构的影响因素及演变规律。基于高铌TiAl合金的相变规律提出了一种新凝固组织调控方法,并对该方法下的组织演化行为进行了研究。本文的主要研究内容和所取得的创新性成果如下:分别对包晶凝固的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金以及β凝固的Ti-45Al-8.5Nb-（W,B,Y）合金进行了糊状区循环处理,结果表明该处理方法的晶粒细化效果对凝固路径极为敏感。在电磁搅拌和热循环作用下,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的α相发生了重熔与破碎,由粗大的柱状晶转变为不规则的枝晶碎片、继而呈现出蔷薇状形貌,最终熟化变为尺寸均匀球状晶,从而使片层团尺寸由3⁵mm减小至250μm。对于Ti-45Al-8.5Nb-（W,B,Y）合金而言,循环处理改变了初生β相的形貌,并未对α相产生细化效果,因此对片层团尺寸无显著影响研究了不同凝固速率条件下Ti-45Al-8.5Nb-（W,B,Y）合金的组织演化行为。结果表明:Ti-45Al-8.5Nb-（W,B,Y）合金在凝固时发生了显著的凝固偏析。随着凝固速率的降低,B2相含量减小,初生β相形貌演化规律为:近片层组织（无枝晶形貌）→粗大不规则枝晶→边缘处的粗枝晶和芯部的细枝晶。凝固偏析导致了合金由单一的β凝固变为枝晶干的β凝固以及枝晶间的包晶凝固,从而形成了不均匀的显微组织,表现为“枝晶间的粗化”以及“枝晶干的细化”。随着凝固速率的降低平均片层团尺寸增大,当凝固速率为10^oC/min时,片层团尺寸最不均匀;由于Al、Nb含量的差异形成了不均匀的片层间距,枝晶间片层间距明显宽于枝晶干片层间距。枝晶间的微裂纹以及不均匀的显微组织加剧了Ti-45Al-8.5Nb-（W,B,Y）合金的开裂倾向。采用高温激光共聚焦显微镜研究了Ti-45Al-8.5Nb-（W,B,Y）合金的β→α相变行为。在该相变过程中,α相的形核位置与冷速密切相关:快冷时（22.6^oC/s）,α相在β晶界以及TiB上均可发生形核;慢冷时（1^oC/s和0.1^oC/s）,α相以TiB为核心形核长大。冷却速率显著影响α相的形貌:快冷时,大多数α相呈现出魏氏体形貌,具有特定的生长取向;慢冷时,大多数α相以Ti B为形核质点球状生长,呈现出等轴形貌,无择优取向。采用EBSD研究了Ti-45Al-8.5Nb-（W,B,Y）合金在β→α相变过程中的显微织构演化规律及机制。结果表明:随着冷速的降低,显微织构含量减少。在该相变过程中,TiB由β相中析出,两者符合位相关系:{011}_β‖（001）_B27,<111>_β‖[010]_B27;同时,α相与Ti B存在两类不同的位相关系,可分别形成Burgersα相以及非Burgersα相。Burgersα和非Burgersα相之间存在竞争生长关系,快冷时非Burgersα相生长被抑制;慢冷时Burgersα相和非Burgersα相均可充分长大。提出了一种新的高铌TiAl合金凝固组织控制方法,即凝固过程中两步恒温处理（Two-step isothermal Treatment,TIT）。TIT由β单相区的短时保温(1^st IT)以及略高于T_α+β的保温(2^nd IT)两步组成。1^st IT可消除合金中的包晶α相,保证合金整体以β凝固路径发生相变,从而消除凝固偏析,使组织均匀性得到改善。2^nd IT可消除片层团界面处呈连续网状分布的β偏析,并且少量的残余B2相可钉扎α晶粒防止片层团的粗化。与此同时,在2^nd IT过程中发生了魏氏体α相的破碎与球化以及等轴α相的形核与生长,形成了等轴细小且尺寸均匀的片层结构。此外,Al、Nb元素的充分扩散为非Burgersα的生长提供了条件,从而使显微织构含量减少,片层界面的取向更加随机,从而提高了合金的力学性能,减小了开裂倾向。