等径弯曲通道变形（Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP）技术是一种通过剧烈的纯剪切变形，制备高性能块状超细晶（Ultra-fine Grained，简称UFG）材料的独特加工方法。为了发挥工业纯钛的性能潜力，扩大其应用范围。本文用通道夹角Φ=90°的模具对工业纯钛进行了多道次室温ECAP变形，制备了平均晶粒尺寸小于200nm超细晶工业纯钛，采用TEM、SEM、EBSD、XRD、纳米压痕和热模拟等先进的分析检测技术，系统研究了室温ECAP工业纯钛的组织结构特征及其演变、ECAP变形机理和晶粒细化机理，以及超细晶工业纯钛的变形行为。通过光学显微镜、TEM以及EBSD观察和分析各道次变形后的显微组织。结果表明：工业纯钛室温ECAP变形过程中主要以位错滑移为主，局部应力集中可诱发孪生协调变形。随着等效应变的增加，剧烈的剪切变形使原始晶粒首先形成大量板条及位错缠结，通过位错的重排对消逐渐演变为位错胞，进一步通过连续动态再结晶形成大角度晶界超细晶组织。ECAP变形前后工业纯钛的室温拉伸性能和显微硬度测试结果表明：工业纯钛经过ECAP变形1道次后，抗拉强度和显微硬度急剧增加。经过2~4道次变形后，抗拉强度和平均显微硬度的增幅显著减小并趋于稳定，且横截面的硬度分布及组织越趋均匀。采用X射线衍射技术对原始试样和ECAP变形各道次试样进行宏观织构演变分析，发现原始试样中存在典型的热轧板织构，经过ECAP变形1道次后，基面织构显著减少，产生新的P织构和柱面B织构；2、3道次变形后，仍为柱面B织构，但P织构消失；4道次变形后，最终形成以柱面织构为主的ECAP变形织构。超细晶工业纯钛室温拉伸和压缩实验测试发现：ECAP变形后工业纯钛的应变硬化能力较低，存在拉伸-压缩屈服不对称性。不同加载方向的压缩实验测试显示超细晶工业纯钛具有力学性能的各向异性，即Y方向加载时的流变应力均高于X方向加载。这与超细晶工业纯钛具有明显的柱面织构有关。通过纳米压痕实验，对粗晶、室温ECAP变形1和4道次工业纯钛的室温蠕变性能进行研究。随着加载速率的增加，材料的硬度和弹性模量均增加。在纳米压痕实验过程中，出现了包含硬化区的压痕尺寸效应。室温ECAP变形1道次后，工业纯钛的蠕变抗力得到改善，随着挤压道次的增加，蠕变抗力略有降低。对超细晶工业纯钛在变形温度为250~550°C和应变速率为0.00001~1s-1范围内的热变形行为进行研究。超细晶工业纯钛的应力-应变曲线均呈现稳态流变特征，流变应力随着变形温度的升高和应变速率的减小而减小。与粗晶工业纯钛相比，超细晶工业纯钛表现出明显的流变软化现象，具有较高的应变速率敏感指数和较低的流变应力激活体积。超细晶工业纯钛非平衡的大角度晶界加速位错在晶界湮灭使得材料流变软化及应变速率敏感指数增加。采用Arrhenius本构模型建立了超细晶工业纯钛的热变形本构方程，其中应力指数n为11.225，热变形激活能Q为169.008kJ·mol-1，接近α-钛的晶格扩散激活能，说明热变形过程中，位错运动是其主要的塑性变形机理。基于Prasad和Murty流变失稳判据建立了超细晶工业纯钛的加工图。