Ti-1023钛合金是一种Ti-Al-V系近β钛合金,该合金的主要特点是比强度高、断裂韧性好、锻造温度低和抗应力腐蚀能力强,适合于高强度的钛锻件制造。近年来,随着航空、航天工业的蓬勃发展,研究具有自主知识产权、能够替代超高强度钢,并应用于航空、航天等大型结构件的新型高强韧钛合金得到世界各国的广泛重视。有研究表明梯度结构在提高材料强度的同时,塑性也能保持在一个较高的水平。基于上述思想,本文以亚稳态Ti-1023合金的应力诱导马氏体相变（β→α″）为主线,重点研究梯度结构钛合金的应变冶金制备、显微组织和力学性能之间的关系以及影响应力诱导马氏体相变的重要因素等。通过对供应态Ti-1023合金进行β固溶处理获得不同晶粒尺寸的β相,采用微压痕试验研究晶粒尺寸、加载速率和加载载荷对Ti-1023合金室温下β相压痕变形行为的影响。研究表明:压痕载荷从50 m N增加到300 m N过程中,β相的压痕硬度和杨氏模量都急剧减小,即表现出了明显的尺度效应。当压痕载荷增加到300 m N以后,β相的压痕硬度和杨氏模量趋于稳定。同时,塑性耗散能随晶粒尺寸的变化而变化,并且与压痕载荷成幂函数关系。采用微压痕试验,研究了供应态Ti-1023合金（α+β）相的尺度效应与加载速率和载荷的相关性。研究表明:当峰值载荷小于3500 m N时,不同加载速率下的试样均表现出了强烈的尺度效应。此外,由于压痕试验中材料内禀特征长度随加载速率的增加而减小,尺度效应也因此减弱。（α+β）相的压痕硬度表现出了正应变速率敏感性,压痕硬度的应变速率敏感指数随加载峰值载荷的增加而线性增加,这表明小载荷时应变速率对硬度的影响较小。通过几何必须位错密度和统计存储位错密度的变化,揭示了（α+β）相在微压痕过程中的潜在变形机制。采用微压痕试验,研究了供应态Ti-1023合金（α+β）相室温激活的压痕蠕变行为及机制。研究表明:蠕变性能参数表现出了强烈的压痕载荷或深度依赖性。在蠕变第二阶段,蠕变率和蠕变应变速率都随加载载荷或压痕深度的增加而增加,而蠕变应力和蠕变应力指数则随加载载荷的增加而减少。在（α+β）相的幂函数蠕变行为中,蠕变应力指数为7.65±1.25,这个值对应着位错运动控制的过程,即表明（α+β）相蠕变第二阶段是由位错攀移控制的。基于对亚稳态Ti-1023合金拉伸变形过程中的马氏体相变机制研究,重点分析了应变速率和晶粒尺寸的影响。研究表明:β固溶处理后的亚稳态Ti-1023合金在应变速率从10-5 s-1到10-1s-1之间进行拉伸变形时,均有应力诱导马氏体相变的产生。其中诱发应力随应变速率的增加而持续增大,这种现象与不同应变速率下马氏体相变所需的自由能改变有关。然而,随着应变速率的降低,抗拉强度和均匀应变量均表现出增加的趋势,即表现出负的应变速率敏感性。而Ti-1023合金表现出来的高加工硬化能力和三阶段的硬化行为与应力诱导马氏体对位错运动的障碍密切相关。此外,较薄α″片层的形成能够将β晶粒细化成更小的块体进而产生动态霍尔佩奇效应来提升材料的综合力学性能。而随着β晶粒尺寸的增大,马氏体相变所需的诱发应力将升高。针对扭转变形诱导梯度马氏体的形成机理展开了系统研究,通过扭转变形在Ti-1023合金圆柱体试样中,沿其横截面的半径方向引入了梯度α"马氏体结构。研究表明:这一方法获得的梯度结构可以同时显著提高材料的强度和韧性。多尺度结构表征表明:扭转应变的梯度分布造成了α"马氏体的梯度分布,其中从试样横截面的中心到表层,α"马氏体的密度逐渐增大,而片层厚度逐渐降低。α"马氏体的形貌呈平行状和V字形变化,上述微结构不仅将粗大的β晶粒分割成了更为细小的β块体,还能阻止位错在相界面上的滑移。此外,α"马氏体和β块体中的位错滑移协同作用,使得晶粒细化过程进一步进行,即能同时在横截面上形成梯度α"马氏体和梯度β块体结构。由力学不协调造成的几何必须位错和变形逐渐增加的马氏体相变临界分剪切应力共同贡献了材料的高应变硬化行为。对循环扭转变形诱导的梯度相结构制备展开了进一步研究,并分析了反向应变和循环次数对梯度组织演化和力学性能演变的影响。研究表明:在同样累积应变条件下,与单向扭转MT工艺相比,含有反向应变的CFRT工艺累积较低的位错密度和马氏体含量。因此,反向应变可以抑制应力诱导的马氏体相变发生,并且这一抑制效果随每次循环反向应变幅值的降低而更加明显。进一步研究发现,与MT变形工艺相比,CFRT变形工艺处理后的梯度α"马氏体结构具备较高的强度和韧性,这归因于α"马氏体和位错滑移之间的协同作用,尤其是弯折的α"马氏体出现所引起的显著作用。为拓展研究工作的应用范围,探索扭转变形梯度结构材料的制备工艺适用性,利用CFRT工艺制备出了超细晶Ti-6Al-4V合金的工业应用棒坯,并建立了CFRT工艺制备超细晶Ti-6Al-4V合金棒坯时其横截面上随梯度应变而变化的硬化分析函数。通过设计CFRT过程的反向应变幅值,可以进一步控制材料的综合力学性能,提升材料的性能潜力。