Ti-Nb系β钛合金具有良好的生物相容性、低弹性模量、高强度、良好耐磨性和耐腐蚀性等,可作为人体植入物,是最理想的医用钛合金之一。研究二元βTi-Nb合金的变形机制,有助于理解多元βTi-Nb合金的塑性变形行为和设计力学性能优良的βTi-Nb合金。另外,β钛合金中孪晶、ω相和α"相都存在多种等效位向的变体,这使得电子衍射分析变得复杂和困难。本文首先通过分析β钛合金中各相位向关系并模拟各种复合衍射花样,以有效分析实际的复杂衍射花样;用透射电子显微技术系统研究了成分分别为Ti-40Nb、Ti-50Nb、Ti-65Nb、Ti-85Nb(质量分数)的β钛合金的相稳定性、塑性变形机制,并探讨相稳定性对塑性变形机制的影响。得到以下主要结论:1、基体β相中存在4种位向的{112}<111>孪晶(即4个变体)、4个ω相变体及6个α"相变体,每个位向的{112}<111>孪晶或ω相有3个可能的共<111>轴的{112}惯习面。衍射花样模拟结果表明,分别在基体[011]、[012]和[1-13]三个晶带轴下:4个位向的{112}<111>孪晶中都只有2个同时出现与基体花样呈孪晶对称关系的衍射花样;4个ω变体中均只有2个同时出现可反映位向关系的衍射花样;ω相的衍射规律与{112}<111>孪晶完全相同,即当入射电子束与任意一个可能的惯习面平行,特征斑点就会显现。在基体[100]、[011]、[1-13]三个晶带轴下,6个α"变体中分别只有2个、1个、3个同时出现特征斑点。实验中拍到的ω、α"电子衍射花样比模拟花样斑点更多,说明发生了二次衍射。2、透射电镜分析可知,Ti-40Nb塑性变形时发生应力诱发α"相变和位错滑移,Ti-50Nb塑性变形时主要发生{112}<111>孪生和应力诱发ω相变,不仅可以产生单方向的孪晶和ω板条,还能产生V形ω、Z形孪晶-ω板条,Ti-65Nb中主要发生位错滑移,有极少量的应力诱发ω相变,Ti-85Nb塑性变形时只有位错滑移。非热ω相的相对衍射强度变化表明,Ti-Nb合金中β相稳定性随着Nb含量增加而升高。因此:当β相稳定性较低时,βTi-Nb合金塑性变形时容易发生α"马氏体相变;当β相稳定性适中时,容易发生应力诱发ω相变和{112}<111>孪生;当β相稳定性进一步升高时,塑性变形只能通过位错滑移进行。3、Ti-50Nb中的Z形组织中,一个方向板条全是{112}<111>孪晶另一个方向板条全是ω相,惯习面分别为(1-21)和(11-2),该特殊结构的形成过程如下:首先,(1-21)面上一个1/2[111]螺位错可以分解为3个1/6[111]不全位错,1/6[111]位错在连续的(1-21)面上滑移,形成(1-21)[111]孪晶。当1/6[111]不全位错运动到(0-11)面时被阻碍,应力上升迫使扩展位错收缩成新的1/2[111]螺位错并交滑移到(11-2)面。1/2[111]螺位错分解为1/12[111]、1/3[111]和1/12[111]不全位错并分别在连续的(11-2)面上滑移,形成了ω相。由此交替反复,便形成了规则排布的Z形孪晶-ω板条组织。合金中形成该Z形板条需要以下必要条件:1)相对较高的β相稳定性,2)适中的{112}面层错能,3)(0-11)面阻挡不全位错的继续运动,4)应力在两惯习面上的不对称分布。