钛及钛合金的相结构和相转变是钛领域最基础的研究方向,自钛被发现以来,广大学者一直在不断进行相关机理研究。然而研究结果表明,钛元素并不像其他钛族元素(Zr、Hf)一样,符合单电子理论的相变规律,至今仍无法得到亚稳状态的室温β相。另外,部分钛及钛合金航空航天部件在受压的情况下会发生相结构转变,生成脆性相,带来安全隐患。因此,钛的相结构和相转变研究在科学理论和应用技术中都有很高的研究价值。本论文采用磁控溅射钛薄膜和激光冲击钛试样两种方法,通过改变实验参数条件,得到钛的亚稳相结构,并通过XRD、TEM、SEM、EDS、XPS等检测手段研究亚稳钛结构的转变条件和转变过程。磁控溅射实验中,在SiC单晶基片上采用不同的溅射参数沉积了不同厚度的外延纯钛薄膜。在控制基片温度为500℃,溅射功率为50W的条件下,获得厚度分别为50nm和100nm厚的钛薄膜,经过XRD和TEM测试分析发现50nm厚的钛薄膜的晶体结构为面心立方结构的亚稳相,而100nm厚的薄膜为室温稳定的密排六方结构。这表明随膜层厚度的增加,钛薄膜发生了 fcc→hcp的结构转变。这主要是由于随膜层厚度增加会导致基片与膜层间错配引起的畸变能不足以维持fcc-Ti的稳定存在,从而导致亚稳状态的fcc-Ti转变为室温稳定的α-Ti。我们对这种厚度导致的fcc→hcp结构转变过程进行了深入研究,发现了在结构转变过程中,出现了一种中间状态,即α-Ti(10(?)1)外延结构,并通过XRD和HRTEM进行了验证实验,最后给出了钛薄膜fcc→hcp结构转变的过程模型。在激光冲击实验中,我们使用了不同纯度的钛样品进行激光冲击处理。纯度为99.995%的钛板材在不同冲击参数下获得了 α→ω的相结构转变。随激光能量的增加,α→ω的相变量变化不大,但激光的脉冲宽度和冲击次数在一定范围内对α→ω的转变具有促进作用。通过对比热加工态和650℃退火态样品在4J和15ns条件下的冲击结果,发现热加工态样品由于组织内部存在更多的塑性变形,有利于α→ω的相转变。99.95%的钛样品在4J和15ns条件下,随着冲击次数的增加,获得了α→ω→fcc的结构转变。随冲击次数增加,fcc相的含量先增加后减少。这主要是由于冲击引入更多的杂质元素,尤其是O元素的引入增加了ω相相对于α相的能量和α→ω相变壁垒,从而严重抑制相变。对比相同冲击参数(4J-15ns)下,两种纯度样品对激光冲击的响应,发现纯度越高越有利于α→ω的转变。