γ-TiAl 基合金具有低密度、高弹性模量、优良的高温强度、较好的抗蠕变性能和抗氧化性能,有望成为高温结构材料,应用于航空航天及汽车领域,但是,其室温塑性较差和难加工成形,限制了它们的实际应用。本文研究了Ti-46Al-0.5W-0.5Si(at.%)合金铸态柱状晶组织、固态相变过程中组织均匀化和柱状晶等轴化转变,以及组织优化处理对力学性能的影响,分析了不同组织的断裂行为,期望通过简单热处理获得优化的显微组织和力学性能。 　　采用真空水冷铜坩埚电磁感应熔炼炉(ISM)制备了 Ti-46Al-0.5W-0.5Si(at.%)合金铸锭,铸锭的宏观组织是粗大的柱状晶粒。显微组织分析表明：铸态 Ti-46Al-0.5W-0.5Si 合金主要由 α2/γ 片层结构组成,α2/γ 片层与柱状晶生长方向近似垂直；合金铸态组织存在偏析,W偏聚于枝晶干,Si和 Al偏聚于枝晶间并形成 γ+Ti5Si3 的组织。室温力学性能分析表明铸态全片层 Ti-46Al-0.5W-0.5Si 合金力学性能存在强烈的各向异性,加载轴平行于柱状晶生长方向的拉伸性能和弯曲性能远远低于垂直于柱状晶生长方向的拉伸性能和弯曲性能,而压缩性能则相反。断裂试样显微组织分析表明柱状晶组织中片层取向、晶界以及Ti5Si3相团簇对裂纹扩展有影响。 　　研究了铸态 Ti-46Al-0.5W-0.5Si 合金热处理过程中组织的均匀化和柱状晶等轴化转变机理,以及均匀化和等轴化处理后的力学性能。结果表明：在 Tα以上单相区热处理时,发生柱状晶向等轴晶转变,同时实现组织的均匀化。在α单相区保温过程中,晶界和晶内同时有许多α相形核并消耗周围铸态α2/γ粗片层不断长大,当这些长大的 α 相晶粒彼此相遇时,就实现了柱状晶等轴化转变。通常在柱状晶晶界处形成的 α 相晶核向两侧柱状晶内部长大,冷却后 α晶粒析出与原柱状晶内片层方向不同的 α2/γ 片层,原始铸态柱状晶界消失。在 α+γ 两相区保温时,可以保留铸态的宏观柱状晶形貌。保温过程中,富 W的B2相首先转变成α相,冷却后析出细小的α2/γ片层。在α+γ两相区等温热处理后的组织通常是粗化的、未溶断的片层与新析出的细小片层共存。铸态组织中的 Ti5Si3相团簇在热处理过程中部分溶解后扩散至团簇附近的 α2/γ片层区域,冷却时沿 α2相和 γ 相片层界面弥散析出 Ti5Si3颗粒。均匀化热处理可以在很大程度上减轻铸态 Ti-46Al-0.5W-0.5Si 合金中的偏析和硅化物团簇对室温力学性能的不利影响,改善了合金的塑性。等轴化热处理可以使粗大的柱状晶转变为等轴晶组织,消除各向异性,但是具有粗大的等轴晶粒的组织塑性依旧塑性依旧很差。 　　基于均匀化和等轴化热处理过程中的固态相变机制,为了优化合金的力学性能,采用淬火+回火热处理,获得了 Ti-46Al-0.5W-0.5Si 合金细化等轴晶组织。不同淬火工艺对淬火+回火组织的影响体现在组织中的均匀化效果、淬火组织的晶粒尺寸以及冷却过程中带来的微观缺陷。具有细小的淬火晶粒和大量的微观缺陷的组织在回火过程中易于形成大量的晶核,获得细小的回火组织。不同回火温度会影响最终回火组织中 α2相和 γ 相的体积分数,以及回火组织的粗细。 　　研究了具有双态组织的 Ti-46Al-0.5W-0.5Si 合金的室温和高温拉伸性能,结果表明：具有双态组织的 Ti-46Al-0.5W-0.5Si 合金塑性比具有全片层粗大等轴晶的合金塑性好。20℃~1000℃高温拉伸试验中,随着拉伸变形温度的升高,塑性提高,在1000℃变形时,塑性达到51.3%。