钛及其合金由于其具有良好的综合力学性能,被大规模应用在航空航天、军事工业、石油化工、生物医学、精密制造、建筑工程及海水淡化等领域,被誉为是一种可在太空、陆地、海洋以及人体中广泛应用的“全能金属”,是当代最具魅力的金属材料。研究者一直致力于从微观变形机制的角度探讨其具有良好性能的原因,以期找到有效的方法进一步提高其性能,并为改善其它HCP结构金属的性能提供理论参考。“孪生诱发塑性”模型指出变形孪晶与钛及其合金优异的变形性能和延展性是密不可分的。因此,本文对纯钛塑性变形过程中变形孪晶的演变及其相关的晶体学问题进行深入的研究,从变形孪晶的角度丰富和发展钛及其合金的塑性变形理论。本文采用“非连续SEM/EBSD原位法”,在塑性变形过程中非连续地对特定研究区域进行SEM观察及EBSD扫描,在微米级尺度上,从微观织构以及微观取向的角度研究室温下纯钛的变形孪晶机理及其形核、生长、增殖等焦点问题。对一次孪晶、二次孪晶、双孪晶的变体选择规律和机理进行深入探讨,探寻决定孪晶变体选择的关键因素。这为钛合金优化设计、性能预测、控制损伤提供理论基础,并为其塑性变形计算及模拟提供技术参数和实验依据。变形孪晶演变规律研究表明,在槽型压缩和冷轧两种变形条件下,均有{1012}拉伸孪晶、{1122}压缩孪晶、以及{1122}-{1012}和{1012}-{1122}双孪晶被激发。孪晶的详细演变过程为：孪晶在塑性变形的最初期形核于取向有利、尺寸较大的晶粒中。随着塑性变形量增加,孪晶快速生长。当变形进一步加剧,分属不同变体的孪晶片相互接触、交割并阻碍彼此继续长大,此时取向有利的大尺寸晶粒的孪晶饱和,孪晶开始在取向不利的晶粒中激发。研究还发现晶粒尺寸对孪晶的激发有重要影响,主要原因为“极轴机制”中位错源在小尺寸晶粒中开动较困难,另外较小晶粒直径导致孪晶应变能增加从而抑制孪晶形核。对孪晶系统选择规律的研究发现：通过应变张量的符号可以判定在特定取向晶体中有哪些孪晶系统可能被激发,预判结果和实验结果吻合较好。依据这一结论对沿ND方向压缩变形的计算推广至分别沿BD、FD和ND三个方向的压缩和拉伸变形的计算,并绘制了三种孪晶系统可激发晶体取向分布的{0002}极图。通过对孪晶变体的Schmid因子及标准化Schmid因子(NSF)计算发现：一次和二次孪晶变体选择在总体规律上遵循Schmid定律。利用Schmid定律判断孪晶变体选择时应同时关注NSF分布,如NSF大于0.85,该变体有较大可能性激发；同时,对被激发变体的能量因子计算表明：一次和二次孪生均非常好的遵循高能量因子变体被优先选择的规律。因为能量因子的计算模型通过Hall-Petch方程引入晶粒形状以及尺寸效应,Schmid因子模型以及其它模型均不能体现这种影响。因此,能量因子模型的计算结果更接近实验结果；通过对比全部孪晶变体的自由行程,在变形前即可判定初生孪晶变体在基体晶粒中的激发位置。对{1122}、{1012}和{1121}三种孪晶系统的晶体学计算表明：由于晶体学对称性,由{1122}、{1012}和{1121}三种孪晶系统组合成的6种双孪晶系统的216种变体可以简化为10组。考虑孪晶顺序的影响,由上述三种孪晶系统组合而成的全部双孪晶变体应为15组。双孪晶的变体选择依然遵循Schmid定律以及最高能量原则。在对孪晶生长方式的研究中,观察到{1122}压缩孪晶的生长行为表现为多变体生长机制,{1012}孪晶则表现为单变体生长机制。这是由两种孪晶激发条件和变体之间的差取向特殊取向关系所导致。