以Ti2AlNb合金为代表的高温结构材料具有成形温度高、难度大、成形及后续热处理过程中微观组织演变复杂等特点,成形温度、载荷等成形参数都会对材料的成形性能有显著影响,而成形参数和后续热处理参数共同影响着构件的微观组织和服役性能。因此,在Ti2AlNb合金薄壁复杂构件热成形及后续热处理工艺参数制定和优化时,通常采用的试错法,不仅难度高、工作量大、能耗高,而且难以综合分析各个因素对成形构件组织和性能的影响规律。针对制造业向数字化、智能化、低碳环保的发展趋势,基于虚拟制造在塑性加工领域的应用,成形及热处理全过程模拟为Ti2AlNb合金薄壁构件成形控性提供了新的手段。可实现构件形状、微观组织和力学性能一体化预测的塑性加工全过程模拟技术将会成为塑性加工领域的一个重要发展方向。为了实现Ti2AlNb合金构件组织性能的调控,本文首先通过不同的热处理工艺制备了5种具有典型微观组织特征的Ti2AlNb合金试样,确定以综合力学性能优异的双态组织为最终调控目标。进而分析了固溶温度、时效温度和时效时间对Ti2AlNb合金组织和性能的影响规律,并建立了固溶—时效处理过程中片层O相含量和厚度变化的动力学方程,以及屈服强度与O相片层厚度的关系。为了进一步分析预变形对时效过程中组织演变的影响,对Ti2AlNb合金在不同温度（950-990℃）、应变（0.15-0.75）和应变速率(0.001-0.1s-1)预变形后试样进行了775-875℃时效处理。结果表明,变形—时效处理试样强度均高于相同温度下固溶—时效处理试样,且随着应变和应变速率的增加,Ti2AlNb合金中O相片层厚度增加。基于变形/固溶—时效处理Ti2AlNb合金组织和性能的演变规律,以相含量、α2相和O相尺寸、固溶度、位错密度、损伤等为内变量建立了时效过程中Ti2AlNb合金组织演变模型和组织—力学性能关系模型。进一步通过对Ti2AlNb合金高温统一粘塑性本构模型的修正和耦合建模,建立了基于物理内变量的Ti2AlNb合金热变形及热处理时效处理过程组织演变及性能预测模型,并通过遗传算法对模型参数进行了求解。此外,对该模型的预测结果进行了实验验证,预测结果与实验结果一致性良好。在高温条件下,Ti2AlNb合金变形能力的影响因素较为复杂,主要包括成形温度、应变量和应变速率等。成形极限的确定是Ti2AlNb合金薄壁构件成形工艺设计的重要前提。本文分析了采用M-K理论进行高温成形极限预测时,材料本构模型所需要满足的必要条件。在此基础上,将Ti2AlNb合金变形过程中微观组织演变和流动应力的耦合作用引入M-K失稳理论,基于内变量建立了一套Ti2AlNb合金多因素耦合作用下的高温成形极限预测方法。并对不同温度和应变速率下的成形极限进行了计算与分析。结果表明,在双拉应变区,随着温度和应变速率的提高,Ti2AlNb合金的成形极限提高。本文进行了985℃＆0.01s-1恒应变速率条件下的成形极限测试,并与计算结果进行了对比分析,两者一致性较好。基于上述建立基于物理内变量的Ti2AlNb合金热变形及时效处理过程组织演变及性能预测模型及Ti2AlNb合金高温成形极限预测方法,本文开发了Ti2AlNb合金组织—性能预测工具箱,并通过与ABAQUS软件结合,实现了Ti2AlNb合金薄壁构件热成形及时效处理全过程成形—组织—性能一体化模拟。通过该方法对Ti2AlNb合金薄壁构件热成形中常见的胀形类变形、弯曲类变形和复杂变形的典型构件进行了热成形及时效处理的全过程模拟和实验验证,结果表明该方法具有良好的模拟效果,最大微观组织参量模拟误差8.6%,最大力学性能模拟误差8.3%。通过本文建立的全过程模拟方法能够指导热成形构件的形状尺寸、微观组织和性能的调控。利用热成形及时效处理全过程模拟系统对Ti2AlNb合金小圆角矩形截面构件进行了胀—压复合热态气压成形及时效处理全过程模拟和工艺参数设计。基于模拟结果,通过热成形和热处理实验获得了最小相对圆角半径1.7、最大壁厚减薄率8.3%、650℃屈服强度大于880MPa的矩形截面构件,实现了Ti2AlNb薄壁复杂构件的成形和性能控制,可见本文开发的系统可用于此类构件成形工艺设计,能够降低实验成本、缩短研制周期。