钛合金以其优异的耐蚀性、比强度、高温性能和生物相容性而广泛应用在航空航天、生物医疗、深海探索等领域。钛合金在两相区热加工过程中发生α相向β相转变的动态相变,导致α相体积分数减少及流变软化。在等温、非等温多道次热变形及道次间保温过程发生的相变行为,对钛合金产品最终组织和性能同样具有重要影响。目前国内外对钛合金动态相变研究仍不足,明显落后钢铁在该领域研究。本文选取典型近α型Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe合金、α+β型Ti-6Al-4V合金和Ti-5Al-3V合金,开展一系列单道次、等温与非等温多道次热变形试验,结合先进的SEM、EBSD和TEM对合金中初生α相、马氏体α′相、魏氏体α相、FCC-Ti等组织结构、位向关系进行表征,探究应变量、温度、初生α相晶粒尺寸等因素对动态相变的影响。同时通过基于Burgers位向关系的相重构法及热膨胀曲线、应力松弛等方法,结合热力学分析研究合金微观组织演变机理,并分别建立β单相区、α+β相区合金流变应力本构模型。主要研究结果为:（1）探明了Ti-6Al-4V合金的单道次热变形及变形后保温过程中显微组织演变规律。合金在两相区940 oC、970 oC、1000 oC热变形过程中发生α相向β相转变的动态相变,在热变形结束后的保温过程发生β相向α相转变的逆相变。合金在等温多道次热变形中,流变应力随变形道次增加而减小,有明显的流变软化现象。多道次扭转中后一道次的峰值应力均高于前一道次卸载应力,在该过程中发生静态硬化现象。在等温多道次热变形中,动态相变和α相晶粒粗化现象同时发生。合金在降温多道次热变形过程中发生流变硬化现象,其机理是低温导致流变应力增加、α相体积分数增加、α相晶粒尺寸增加等。逆相变TTT图中表明,在保温时间较短时,逆相变进程受温度影响较小;而延长保温时间,升高温度逆相变百分数明显增多。随着保温时间增加,逆相变进程逐渐减缓,这归因于热变形积累的储存能和该过程的相变驱动力随保温时间增加逐渐减少,其中逆相变驱动力为亚稳β相与平衡态β相之间的化学吉布斯自由能差,在940 oC、970 oC、1000 oC热变形后驱动力分别为36.9 J/mol、43.5 J/mol、9.0 J/mol。（2）阐明了初生α相晶粒尺寸对Ti-6Al-4V合金流变软化和动态相变的影响。通过960 oC、12 h预先热处理的合金含有较大初生α相晶粒,约10μm,相比初始态细晶合金（约3μm）在热变形过程中有更明显的流变软化现象,这归因于较粗大α相晶粒更容易发生α相向β相动态转变。粗晶合金在950 oC应变量为1.2热变形后为完全β相组织,而在细晶合金中仍能观察到残留的α相。热力学分析可得粗晶合金相变驱动力较大。粗晶合金中α/β相界面较少,晶界协调变形能力较弱,因此更多α相晶内变形机制容易启动并产生更多缺陷和能量,有利于发生动态相变。根据基于Burgers位向关系的相重构法分析,与周围β相存在良好Burgers位向关系的初生α相更容易发生动态相变。在应变量较低合金中观察到魏氏体α相,其在热变形后短暂保温时由亚稳β相逆相变形成。建立Ti-6Al-4V粗晶合金的应变量—变形温度—动态相变百分数STT图,揭示了合金在高温、高应变下动态相变百分数增长较快。（3）揭示了Ti-5Al-3V合金在β单相区（960 oC）、α+β相区（930 oC、900 oC）应变速率为0.01 s-1的双道次热变形过程在流变应力与微观组织演变规律。在双道次热变形中,当在α+β相区热变形时,第二道次的峰值应力高于第一道次的卸载应力,而当在β单相区热变形时,第二道次应力与第一道次应力几乎相同,在重新加载后应力值随应变增加变化不大。根据膨胀曲线,应力松弛曲线和SEM观察到相分数定量分析表明在两相区热变形后的保温过程初期,首先发生了α相向β相转变的亚动态相变;随着保温时间增加（约50 s以上）,观察到亚稳β相向α相转变的逆相变。结合TEM探明了合金中初生α相,马氏体α’相和魏氏体α相在热变形及冷却过程中演变规律,魏氏体α相组织中,α板条和α’板条的界面为共格界面。热力学分析表明,α相向β相转变的亚动态相变是偏离平衡态过程,由第一道次变形的储存能和应力激活共同驱动,且应力激活在该过程中起关键作用。（4）近α钛合金相比α+β钛合金可在更窄的温度范微观察到α相向β相的动态相变。Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe合金在等温多道次变形中,两相区热变形平均流变随变形道次增加逐渐降低,发生明显流变软化现象,而在β单相区流变应力随变形道次增加变化较小。分别建立了应变速率为0.001～1 s-1等温、非等多道次在β单相区（1020～1050 oC）和两相区（900～990 oC）的热变形本构模型,得出等温、非等温多道次变形在两相区的热变形激活能分别为963.0 k J/mol、873.6 k J/mol。非等温多道次变形从β单相区开始,进入两相区后形成了粗大α+β魏氏体组织,相比等温多道次变形后的等轴组织有更多α/β相界面,促进晶界滑动,更有利于变形,且由KAM和GOS图结果表明,非等温多道次变形过程中合金内形成较少亚结构与再结晶组织。合金在990 oC等温热变形后发生明显动态相变,导致流变应力降低,在应变大于0.6后,其流变应力与合金在β单相区热变形接近。结合TEM显微组织揭示合金在该温度下动态相变为切变形核扩散长大机制。合金在960 oC应变速率为1 s-1应变量为1.2的等温多道次变形后组织中还观察到了HCP-Ti基体中析出FCC-Ti相,其与基体的位向关系为（0 0 0 1）HCP//{1 1 1}FCC。