钛合金大型复杂整体构件有效地将材料与结构的优势相结合,是航空航天领域高端装备发展急需的关键构件。局部加载近等温成形技术结合了局部加载和近等温成形的技术优势,解决了此类构件的成形与制造难题,是亟待研究和发展的一种先进成形工艺。实现形性一体化制造,获得满足高服役性能的三态组织是该成形工艺研究发展和应用的关键。然而,局部加载近等温成形的工艺特征决定了成形过程中该类构件需经历复杂的温度路径和强烈不均匀变形的双重作用,微观组织演变十分复杂,使得其宏微观变形行为预测及组织形态调控十分困难。为此,本文采用实验研究、理论分析与有限元数值模拟相结合的方法,对钛合金复杂大件局部加载近等温成形三态组织形成机制进行了系统深入地研究,主要研究内容及结果如下:通过连续冷却实验与定量金相分析,获得了不同温度路径下初生相与次生相的演变历程,揭示了初生相与次生相的竞争生长规律;针对初生相的外延生长,分析了采用经典扩散模型带来的预测结果偏低的原因,考虑溶质扩散场的温度历史相关性,建立了基于新型可加性原理的扩散控制生长模型,以对初生相的扩散生长进行有效地预测;通过EBSD取向分析确定了次生相的形核方式为感生形核,结合平均浓度场理论以及软碰撞效应,揭示了次生相析出与初生相生长的竞争机理设计了三种不同温度路径与变形共同作用下的物理模拟实验(先变形后温降、变形与温降耦合、先温降后变形),揭示了钛合金非等温变形下的微观组织演变规律与关联热变形行为。在此基础上发现了变形过程中初生相的形态基本不发生变化,在高温条件下会发生由于应力诱导α→β转变所导致的含量降低的现象。然而,次生相的形态则变化显著,且对温度路径及应变速率十分敏感,较大变形量与应变速率的合理匹配将促进次生相的位错形核与各向同性生长行为,导致其形态由片状转为等轴状。对比等温与非等温条件下的变形抗力发现细小等轴次生相的形成会引起材料的流动应力降低约20%。考虑不同温度路径下初生相与次生相的竞争生长机理,建立了用于预测初生相外延生长与次生相析出的相变动力学模型。考虑可动位错密度增殖、次生相等轴化及初生相外延生长与塑性变形的交互作用机理,通过在应力模型中引入可动位错密度、次生相等轴化及β→α动态相变的演变方程,从而建立了钛合金非等温变形下耦合组织演变的内变量本构模型,实现了对初生相与次生相的晶粒尺寸、相含量、形态及材料宏观塑性响应的统一预测。设计能反映实际成形过程模具与工件接触换热特征的热传导实验,结合经典反算法研究了界面接触压力、工件表面粗糙度及玻璃润滑剂厚度对界面换热系数(IHTC)的影响规律,解决了钛合金复杂大件近等温成形传热边界条件这一关键技术;基于上述建立的宏观应力响应与微观组织演变统一预测的材料模型,建立了钛合金复杂大件局部加载近等温成形全过程宏微观耦合有限元模型,并通过宏观外形和微观组织演变两方面的实验验证了该模型的可靠性,获得了局部加载近等温成形不同阶段下初生相及次生相的演变特征;基于该有限元模型,模拟研究了模具压下速度、坯料加热温度、成形道次对钛合金大型复杂整体构件初生相及次生相演变的影响规律,发现提高加热温度、降低变形速度更有利于次生相的析出与长大,且较大变形量与快速冷却的合理匹配会导致完全球状次生α相的形成,最终阐明了次生相的非均匀形核、各向同性生长行为及片层形变球化三者的耦合作用是其形态多样化的根本原因,为发展钛合金局部加载近等温成形组织形态调控方法奠定基础。