钛合金因其较高的比强度及耐腐蚀等性能在航空航天和海洋舰船等领域应用广泛,随着现代装备朝着高性能、长寿命和高可靠性等方向不断发展,对钛合金材料的抗蠕变等服役性能提出了越来越高的要求。因此,研究具有更加优异的抗蠕变性能的钛合金材料是航空航天及远洋深海等领域的迫切需求。本文以钛合金在飞机及深海潜水器等装备上的服役条件为背景,开展稀土改性钛合金材料高温拉伸蠕变和室温压缩蠕变实验研究。同时对合金的高温热加工性能进行系统研究,为设计具有更加优异的抗蠕变性能钛合金材料提供基础理论支撑。主要研究工作如下:首先,通过真空自耗电弧熔炼炉（VAR）熔炼制备了四种不同硅和钪含量的钛合金材料,开展了400℃、200 MPa条件下的拉伸蠕变实验。结果表明:TC4-0.25Si、TC4-0.3Sc和TC4-0.25Si-0.3Sc合金蠕变应变比TC4合金分别减少了48.3%、11.4%和50.6%;稳态蠕变速率TC4-0.25Si、TC4-0.3Sc和TC4-0.25Si-0.3Sc合金比TC4合金要小50.7%、4.6%和57.5%。表明Si和Sc都可以提高钛合金的抗蠕变性能,Si对合金蠕变性能的提升明显。利用显微表征手段对材料进行观察,分析发现:Si和Sc对合金均有细晶强化效果,可以提高钛合金室温和高温强度,但Si对合金的室温塑性不利。Si显著提高了合金的高温拉伸抗蠕变性能,主要归因于固溶强化和硅化物对蠕变过程中的位错运动的阻碍作用。稀土Sc与基体中的氧结合生成的Sc2O3可以净化基体,对合金具有软化效果。马蹄形的Al3Sc析出物的形成有助于改善钛合金蠕变性能。另外,固溶于基体中的Sc可以抑制硅化物的沉淀并促进α2相的形成,细小的α2相可以很好的阻碍位错的运动,这有助于提高钛合金高温抗蠕变。其次,对固溶时效后的材料在室温、应力为0.9σ0.2条件下进行压缩蠕变实验。结果发现:TC4-0.25Si、TC4-0.3Sc和TC4-0.25Si-0.3Sc合金的蠕变应变分别比TC4合金降低了23.1%、53.3%和46.7%;稳态蠕变速率TC4-0.25Si、TC4-0.3Sc和TC4-0.25Si-0.3Sc合金分别比TC4降低了20.9%、47.75%和53.15%。表明Si和Sc均可以提高钛合金的室温压缩抗蠕变性能,且Sc的作用效果较明显。材料的压缩蠕变实验表现出典型的蠕变曲线特征,即有蠕变减速阶段和蠕变稳态阶段,符合幂律方程。借助TEM表征分析了合金蠕变变形机制,研究发现:合金室温压缩蠕变主要变形机制为位错的滑移和少量孪生。添加Si可抑制蠕变过程中孪晶的生成,而Sc可以净化基体,减少合金间隙原子浓度,促进蠕变过程中孪晶的生成。最后,对退火后的材料在800-950℃、0.01-10 s-1条件下进行热压缩实验,通过对热压缩实验数据进行分析计算,得到合金的功率耗散图、失稳图和热加工图。研究发现:TC4、TC4-0.25Si、TC4-0.3Sc和TC4-0.25Si-0.3Sc合金热变形激活能分别为497.65 kj/mol、485.6 kj/mol、549.13 kj/mol和494.98 kj/mol;表明硅降低了合金的热变形激活能,钪可以提高合金的热变形激活能。稀土钪使热变形组织更细小,减小了合金的热加工窗口,而硅可以扩大钛合金热加工窗口,改善合金的热加工性能。同时硅可促进热变形过程中β相的形成。