钛合金由于具有质轻、强度高、热膨胀系数低及优良的抗蠕变与抗腐蚀性能等优点广泛应用在航空航天工业,然而受其稳定性及抗氧化性差的影响,只能在600℃以下长时使用,600⁷50℃工作温度范围内以使用具有密度低、比强度高,室温塑性、韧性及高温性能优异等优点的Ti₂AlNb基合金为最佳。因此两种合金的连接问题成为科学研究的热点。本文以TC4（Ti-6Al-4V）和Ti₂AlNb（Ti-22Al-25Nb）合金为研究对象,对TC4/TC4同种材料及TC4与Ti₂AlNb异种材料进行恒温及相变超塑性扩散连接。通过对界面组织结构、接头力学性能与断口形貌的分析研究,揭示温度、时间及相变对接头性能的影响,从元素扩散角度阐明连接过程中产生的界面效应及孔洞闭合机制,以实现接头组织性能的设计与控制。在非真空条件下分别对TC4同种合金和TC4/Ti₂AlNb异质合金进行恒温超塑性扩散连接,950℃/100 min/15MPa条件下获得的接头质量较好。其中TC4/Ti₂AlNb接头形成了40μm宽的扩散层:Ti₂AlNb侧,扩散层仅由B2相组成;TC4侧,扩散层近界面处为不连续的α/α₂相层,界面和TC4母材之间为项链状β+α’马氏体组织。所有元素垂直界面发生下坡扩散,不仅可以横向进行,也可以纵向进行。扩散区域内,元素在某一点的浓度取决于该点到界面的距离以及该点所处相的类型。TC4侧β+α’组织的维氏硬度为385HV,α_p相与β+α_s晶团的显微硬度则分别为347HV、308HV。Ti₂AlNb侧B2相扩散层的硬度由母材的324HV下降至309HV。接头室温抗拉强度可达926 MPa,与Ti₂AlNb抗拉强度相当;两侧断口部分区域为平整面,断裂沿连接界面发生,为脆性断裂;TC4侧有众多形状不规则的凹坑,对应于Ti₂AlNb侧的不规则凸起,断裂发生在β+α’扩散层和初生α_p晶粒间或α_p晶内。接头700℃高温抗拉强度为305 MPa,达到TC4母材的高温强度。在T_max=950℃,T_min=850℃,P=15MPa,N=4以及t_s=100min相变超塑性扩散连接条件下所获得的连接接头力学性能和上述950℃恒温条件下所获得的接头性能相当,但其平均连接温度降低了50℃。该项目研究成果有望在超高音速飞行器某些关键部件制备中获得应用。