V-4Cr-4Ti合金具有低活化特性、韧脆转变温度低以及抗辐照肿胀性能好等优点,受到广泛关注,有望作为第四代裂变反应推和先进聚变堆的结构材料使用。以往的研究表明其在制备过程中容易产生分布不均的富钛沉淀相及由此产生大小不均的晶粒,且其在高温下的力学性能及抗氧脆能力有待提高。为解决上述问题并优化其力学性能,本论文以V-4Cr-4Ti-xY-yZr合金体系为研究对象,系统研究了 Y、Zr添加对V-4Cr-4Ti合金微观组织结构及力学性能的影响,特别是揭示了富钇和富锆沉淀相的析出机制,设计了合理的热处理工艺在合金中大幅减少了非均匀分布的晶内Ti(C,N,O)沉淀相和晶界V(C,N,O)化合物的析出,在晶内形成了分布相对均匀的钇氧化物和锆氧化物沉淀相。得到的主要结论如下:(1)研究了不同组成合金的沉淀行为并揭示了沉淀相的析出机制。添钇大幅减少非均匀分布的晶内Ti(C,N,O)沉淀相和晶界V(C,N,O)化合物的析出;添钇形成的新沉淀相包括微米级钇氧化物夹杂和尺度小于200nm的富钇沉淀相,前者形成于熔炼过程,后者在较高温度下(>1000℃C)由固溶Y和固溶O反应得到,形成于热机械处理过程和退火过程。(2)添锆能抑制 Ti(C,N,O)和 V(C,N,O)的析出,在 V-4Cr-4Ti-xZr(x=0.2,0.4,0.6)合金中观察到较大和较小尺寸的锆氧化物相,前者的体积分数随Zr添加量增加而增加,后者的体积分数随锆含量的增加呈先增后减的趋势,其由较高温度下固溶Zr和固溶O反应得到;在V-4Cr-4Ti-0.3Y-xZr(x=0.2,0.4,0.6)合金中,观察到锆氧化物、钇氧化物和钇锆共生氧化物相,钇锆共生氧化物的量随Zr/Y的增加而增加。(3)探讨了沉淀行为的变化对晶粒大小的影响。熔炼过程中,钇添加形成的钇氧化物夹杂能细化铸态晶粒,而锆添加只形成微量的锆氧化物相且对铸锭晶粒无细化作用;非均匀分布的Ti(C,N,O)的大幅减少在很大程度上提高了再结晶晶粒的均匀性;较高温度下(>1000℃C)析出的富钇沉淀相或富锆沉淀相均能抑制合金晶粒在较高温度下的异常长大行为。(4)提出微区沉淀分布对微区织构演化行为有重要影响。轧态V-4Cr-4Ti合金片宏观形变织构为α-纤维织构和γ-纤维织构,退火后的再结晶织构中α-纤维织构明显减少而γ-纤维织构无明显变化;轧态V-4Cr-4Ti合金片的微区形变织构和富钛沉淀相的分布极不均匀,富钛沉淀相的体积分数大小严重影响微区再结晶织构的演化行为。轧态V-4Cr-4Ti-0.3Y合金片的宏观形变织构和V-4Cr-4Ti类似,微区形变织构与再结晶织构分布都比较均匀,这主要源于非均匀分布富钛沉淀相的减少。(5)阐明了 Y、Zr添加与合金力学性能及断裂模式的内在联系。Y、Zr添加均有利于抑制动态应变时效效应;Y添加对V-4Cr-4Ti合金的室温及高温拉伸强度影响不大,Y添加量较小时强度值还有所下降,这与固溶C、N、O杂质含量及Ti(C,N,O)沉淀相的减少有关,当Y含量增加至0.3wt.%时,强度值有所回升,这与合金中细小富钇沉淀相的含量相对较高有关。拉伸强度(包括室温和高温)大小顺序:V-4Cr-4Ti-0.3Y<V-4Cr-4Ti-0.3Y-xZr(x=0.2,0.4)<V-4Cr-4Ti-xZr(x=0.2,0.4),单独添锆有助于提升合金的拉伸强度,尤其是V-4Cr-4Ti-0.4Zr合金,这主要与数密度较高的纳米锆氧化物沉淀相的析出有关。所有合金试样的拉伸强度均随测试温度的升高而降低,且温度越高氧脆现象越明显,Y和Zr的单独添加及共添加均能缓解高温下的氧脆现象,单独添加Zr的效果最佳。