钛及钛合金因其具有低密度、优异综合性能、良好生物相容性等被广泛应用于汽车、航空、航天、生物医学以及其它轻量化结构制造中。但传统成形工艺制备的纯钛或者钛合金由于其较低的强度或韧性,很难做到力学性能的良好匹配,解决问题的一条技术途径就是使用大塑性变形(SPD)制备超细乃至纳米结构的钛及钛合金。扭转剪切变形被认为是累积塑性应变效率最高的变形模式,其中涉及到纯剪切和简单剪切在累积塑性应变和细化晶粒过程中的关键作用。论文通过试验研究、理论分析和模拟计算相结合的方法,针对纯钛扭转剪切SPD机制与强韧化工艺开展研究。首先开展了纯钛单扭、正反扭和拉扭组合基本变形模式的试验研究,然后针对纯钛扭转变形过程中的温度影响进行了分析,最后对纯钛和纯铝复合共挤下的椭圆截面螺旋等通道挤压(ECSEE)变形工艺进行了讨论。论文取得以下研究成果:(1)获得了室温变形条件下纯钛单扭、正反扭和拉扭非比例加载路径下的微观组织和力学性能演变规律,分析讨论了组合式扭转剪切工艺过程的晶粒细化机制与变形改性机理,总结了多模式扭转剪切变形过程中的位错演化路径及其对纯钛大塑性变形改性的影响;(2)获得了热力耦合作用下,纯钛扭转变形组织的演化规律,分析了扭转剪切变形对纯钛微观组织α相形貌的调控作用,同时在变形过程中发现析出的β和ω相与α相具有一定的位向关系。从而为组合式扭转剪切变形的细晶稳定化与力学性能强韧化提供参考;(3)研究了一种组合模式的挤压扭转椭圆截面螺旋等通道变形(ECSEE)Al/Ti复合成形工艺,分析总结了纯钛和纯铝ECSEE工艺过程中的变形损伤、力学性能演化和组织结构演变过程,获得了 ECSEE纯钛晶粒细化机制、位错演化路径与强韧化改性途径。