随着航空用飞机结构设计理念由最初的单纯静强度设计到现在的耐久性/损伤容限设计，飞机选材判据也随之发生了变化，由原来强调未损伤材料的静强度及刚度、疲劳性能、高温使用时的蠕变、持久和热稳定性，到现在增加并强调的已损伤材料的静强度和疲劳性能，其表征就是高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率。钛合金作为飞机结构的关键材料，国内基于损伤容限设计的主要有TC4-DT和TC21新型合金，其工艺控制上主要有单相区退火处理和变形处理，获得的片状组织具有较高的断裂韧性和低的疲劳裂纹扩展速率。本文所有的研究工作都是基于TC4-DT新型钛合金而言的。主要研究了等温压缩实验条件下该合金的力学行为，建立了高温变形下的本构方程和热加工图；系统研究了单相区不同参数下的等温变形加两相区不同热处理、两相区变形加不同相区热处理工艺下的组织演变规律，确立了各种变形条件下组织参数和室温拉伸性能的定量关系，并对各种情况下合金的强化机制和室温拉伸变形机理以及断裂机理进行了深入研究；通过不同工艺条件下获得的断裂韧性分析揭示了组织类型对断裂韧性的影响规律，并对片状魏氏组织参数对断裂韧性的影响规律进行了定性的研究。主要研究成果如下：（1）TC4-DT合金在高温变形时对温度和应变速率非常敏感，流动应力随温度的降低和应变速率的升高而快速升高。流变曲线在较低温度区间呈现应变软化特征，而在高温区间则呈现稳态流动特征。基于Arrhenius双曲正弦方程并考虑应变效应的改进型本构方程可以较好地模拟TC4-DT合金高温变形时的力学行为，具有较小的误差。对于初始组织为等轴组织的TC4-DT合金而言，两相区变形主要与温度引起的相变有关，单相区变形主要与应变速率决定的动态再结晶有关。（2）基于动态材料模型建立的热加工图确定了该合金高温变形时的稳定变形区和失稳区，结合对变形试样的组织观察确立了初始组织为等轴组织的TC4-DT合金高温变形过程中以动态回复、动态再结晶和超塑性为主的安全变形机制，以及以绝热剪切、局部不稳定流动和微观裂纹的失稳变形机制，建立了TC4-DT合金在不同变形条件下的变形机制图，获得了该合金热加工参数的较佳的范围。（3）TC4-DT合金经过单相区不同等温锻造工艺参数下的变形后其组织可以分为两类，第一类是经过大变形的混合片状组织，第二类是经过一次或多次小变形的接近于魏氏组织的片状组织。通过对每种类型组织的定量化测定建立了该类型组织参数与性能的定量关系。通过对每类组织的室温拉伸变形试样的透射观察表明组织类型一主要是以初始粗大的片状α相的滑移变形为主，孪生变形为辅，断口分析表明其断裂主要是微孔连接型的韧性断裂；组织类型二的变形主要是通过α束域（αc）之间的协调变形来实现，没有观察到孪晶的存在，其断裂机制以沿晶和穿晶解理的脆性断裂为主。（4）TC4-DT合金经过两相区和单相区不同的热处理后主要获得了等轴组织和魏氏组织。研究了该合金在不同相区热处理时不同工艺参数下的组织演变规律，通过对组织的定量化测定建立了该合金等轴组织和魏氏组织参数与力学性能之间的定量关系。魏氏组织室温拉伸强度和等轴组织处于相当的水平，塑性却低于等轴组织。等轴组织室温变形主要以等轴α相和β转变组织的β相的滑移为主，β转变组织中的α片只承担部分变形，且以孪生为主。等轴α相在变形时内部位错重新排列会形成亚晶界。魏氏组织变形时束域组织作为整体参与变形时是以滑移为主，束域组织内部的α条则是位错滑移和孪生变形为主。魏氏组织室温变形时也会引起α条内亚结构的变化而形成亚晶。断口分析表明等轴组织的断裂主要是韧性断裂，魏氏组织主要呈现解理断裂或解理和沿晶的混合脆性断裂特征。（5）研究了不同工艺条件下获得的断裂韧性并对其影响因素进行了分析。从组织类型来说，等轴组织的断裂韧性最低，魏氏组织的最高，片状混合组织居中。魏氏组织中，原始β晶粒大小对断裂韧性的影响没有明显的规律。断裂韧性随晶界α相宽度、晶内α片厚度和α束域尺寸的增加而增加。屈服强度对断裂韧性的影响主要与其对裂纹尖端塑性区的尺寸的影响有关，同一种组织类型下断裂韧性随屈服强度的升高而降低。等轴组织断裂韧性试样断口主要为尺寸较为均匀的等轴韧窝，断口的纵向深度变化不大。片状混合组织的断口主要为拉长的纤维状的韧窝和韧窝间的撕裂棱，断口表面有二次裂纹出现。魏氏组织的断口有大量粗糙的解理平面及解理台阶、大尺寸的拉长韧窝和较深的二次裂纹，为穿晶脆性断裂，纵向深度起伏较大，断面粗糙度增加。断面粗糙度的增加和二次裂纹的出现表明裂纹扩展的曲折程度较高，裂纹扩展所需能量较多，故断裂韧性较高。（6）本文所得TC4-DT合金综合性能最优的工艺为β相区变形的工艺：βt+20℃、60%、1x10-3s-1、AC（WC）+800℃/1h、AC，生产中现行采用的β退火热处理工艺尚待进一步研究。