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作为一种潜在的航空航天关键结构材料,β钛合金以其高比强度和良好的强度-韧性匹配等优点,成为目前钛合金的一个研究热点。此外β钛合金还可以通过时效强化处理进一步改善其性能,以上这些特性使β钛合金成为一种极具有潜力的可以应用在高载荷下的合金,可以广泛的应用在航空、汽车以及军工等方面,关于β钛合金的研究吸引了国内外众多研究者的兴趣。β钛合金的成形主要包括热加工和随后的热处理,目前其最终热加工工艺都是在α+β相区进行。当合金在β转变温度以下固溶处理时,会出现等轴初生α相的析出,而α相的体积分数可以通过热处理温度控制,同时α相的形状受合金热变形量的影响,大变形量的热加工将导致球状初生α相的生成。β钛合金的性能与显微组织密切相关,晶粒尺寸、α相晶界、初生α相和次生α相的形貌等都可以明显影响着β钛合金的力学性能。本论文所研究的高强β钛合金(Ti-3.5Al-5Mo-4V-2Cr-2Sn-2Zr-1Fe)与Ti B20合金具有相似的名义成分。通过Ti C和Ti B强硬析出相对钛合金基体进行强化可以显著提高其机械性能。在所有可能的强化相中,Ti B由于其较高的弹性模量,与钛合金基体相似的密度以及与钛合金基体良好的界面结合能力使其成为最有潜力的钛合金强化相。本论文主要研究固溶及时效热处理对β钛合金显微组织和拉伸性能的影响,同时研究合金中原位自生的Ti C和Ti B对合金显微组织和拉伸性能的影响,最后对所研究的Ti-B20和(Ti C+Ti B)/Ti-B20合金进行直接轧制,并对其显微组织特征和机械性能展开研究。通过非自耗电弧熔炼得到β高强钛合金Ti-3.5Al-5Mo-4V-2Cr-2Sn-2Zr-1Fe并对其进行高温锻造处理。对β高强钛合金Ti-3.5Al-5Mo-4V-2Cr-2Sn-2Zr-1Fe显微组织和拉伸性能展开研究,结果表明固溶处理过程中析出的初生α相能影响β晶粒的生长。β晶界处的初生α相通过钉扎作用限制β相的动态再结晶和长大过程,从而形成细小的β晶粒。随着时效时间的延长晶界出现粗化,对合金的强度和塑性产生显著影响。β单相区固溶处理导致初生α相体积分数显著降低,此时合金的强度高于β转变温度以上固溶处理的合金,而在α/β双相区处理的合金则具有较好的塑性。780oC固溶+500oC时效处理时合金的屈服强度为1400MPa,延伸率为14%。而在600oC进行时效处理时,合金的屈服强度为1200MPa,延伸率为21%。结果表明,提高时效温度可以有效提高合金的塑性,因此后一种热处理制度可获得优异的拉伸塑性。采用真空非自耗电弧熔炼工艺制备tib和tic复合增强的β钛合金ti-3.5al-5mo-4v-2cr-2sn-2zr-1fe,随后进行高温锻造处理。通过图像分析处理软件对铸锭扫描照片晶粒尺寸进行测量,其平均晶粒尺寸为750±100μm,tib和tic复合增强的β钛合金中平均晶粒尺寸为150±20μm。结果表明铸锭中原位自生的tib晶须和tic颗粒均偏聚于β相晶界处,经过高温锻造后趋于tib和tic增强相的分布趋于均匀。860oc固溶处理0.5小时后,tib和tic复合增强的β钛合金中β晶粒尺寸为55±7.6μm,而相同热处理条件下的β钛合金中的β晶粒尺寸为99.3±6.9μm。可以看出在β相区固溶处理后,tib和tic复合增强的β钛合金β晶粒尺寸明显要小于β钛合金中的β晶粒尺寸。通过tib和tic复合增强和时效处理后,β晶粒尺寸和次生α相板条宽度得到显著细化。780oc固溶+500oc时效处理时合金的断裂强度和屈服强度分别1625mpa和1500mpa,延伸率为7%。(tib+tic)/(ti-3.5al-5mo-4v-2cr-2sn-2zr-1fe)合金的延伸率可以通过提高时效温度获得提高。780℃固溶+570℃时效处理时合金获得良好的强度与塑性匹配,基体合金的断裂强度和延伸率分别为1350mpa和18%,而复合材料的断裂强度和延伸率则分别为1500mpa和13%。目前大多数β钛合金的弹性模量为30~90gpa,低于α钛合金和α+β钛合金。如果弹性模量可以通过合金设计手段得到控制,那么钛合金的应用前景将更加广泛。弥散分布的硼化物或碳化物被认为可以提高钛合金的弹性模量,但是合金的塑性将会急剧下降。基体中均匀分布的增强相可将合金的弹性模量提高25gpa左右。通过改变固溶和时效处理制度,轧态β钛合金可获得优异的机械性能,但是合金的显微组织和机械性能对变形和随后的热处理非常敏感。热轧工艺对碳-硼微观组织和性能的影响会改变β钛合金的微观组织和性能。ti–3.5al–5mo–4v–2cr–2sn–2zr-1fe作为一种高强β钛合金具有优异的拉伸性能。论文的最后一章研究了热轧和热处理对基体合金和复合材料显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,在所有热处理制度下α+β相区轧制时β晶粒尺寸较β单相区轧制更为细小。α+β相区固溶处理时合金中β晶粒尺寸同样比β单相区固溶处理时细小。拉伸结果表明时效热处理可以有效提高合金的强度。在α+β相区轧制和固溶处理可获得更好的强度和塑性,因此为了获得更好的强度和塑性在时效处理前采用长时的α+β相区固溶处理。少量的tib和tic添加提高复合材料的断裂强度,但是塑性显著降低。但是考虑到增强相的添加,与基体合金相比复合材料的塑性已经足够高。比较高温锻造和热轧工艺对复合材料性能的影响可知,复合材料在α+β相区热轧并在780oC固溶+500oC时效处理后其抗拉强度为1732MPa.