锆（Zr）及其合金因具有低的热中子吸收截面和优异的耐腐蚀性能而作为结构材料广泛的应用于核电工业以及化工行业。Zr还具有比铁（Fe）低的密度、比钛（Ti）小的热膨胀系数、良好的生物兼容性、无磁和高熔点等特点,可作为结构材料应用于航空航天、船舶以及生物医疗等行业。然而,现有的Zr合金主要作为核燃料包壳材料而开发。因为受到热中子经济性以及耐腐蚀性等因素的限制,核用Zr合金的合金元素种类和含量受到了极大的限制,导致其力学性能难以提高。此外,用于制备核用Zr合金的原子能级海绵锆价格昂贵,限制了核用Zr合金在核电工业以外其他行业的应用。铝（Al）是一种含量丰富的、廉价的工业金属,被广泛的用作合金元素添加到Ti中,强化Ti合金。Zr与Ti属于同族元素,最外层电子排布相同,理化性质相似。鉴于Al在Ti中具有较好的强化效果,其对Zr也可能具有较好的强化效果。此外,Al是一种α相稳定元素,可以显著的提高Zr的相变温度,从而有利于Zr在较高温度下通过变形获得综合力学性能较好的球化组织。因此,选取Al作为合金元素,以廉价的、未经锆铪（Hf）分离工艺冶炼的工业纯锆作为原材料制备ZrAl合金,系统的研究ZrAl合金一系列组织调控及强韧化机制问题。为了研究Al含量的变化对热轧态ZrAl二元合金组织及力学性能的影响,制备了不同Al含量的ZrAl合金,并在870℃进行了热轧变形,随后对热轧态合金进行一系列组织表征和力学性能测试。结果表明,当Al含量超过9at.%时,合金在热轧的过程中会发生Zr₃Al相动态析出,析出的Zr₃Al粒子分布于α晶界上可以细化晶粒,提高晶粒球化程度;Zr₃Al相在α晶界上的动态析出将导致基体沿着α晶界脱溶和高温β相的形成,高温β相经过淬火后可以保留到室温;力学性能方面,与热轧态纯锆相比,热轧态Zr–12Al（at.%）合金的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别提高了341.3MPa、343.8MPa和2.2%。分析结果表明,热轧态ZrAl合金主要的强化机制为固溶强化,Zr₃Al相的析出可以显著的提高合金加工硬化能力。为了进一步研究热轧态Zr–12Al合金塑性提升机制,利用背散射电子衍射技术（EBSD）对热轧态Zr–12Al合金变形前后的组织进行了研究。研究结果表明,具有L1₂结构的Zr₃Al相有较好的变形能力,在合金变形的过程中可以很好的协调基体的变形,避免在加工硬化阶段过早的形成裂纹而降低合金的塑性。为了解决热轧态Zr–9Al（at.%）合金力学性能不稳定、实验重复性较差的问题,在经过了一系列对比实验后发现,轧制过程中的每道次之间保温时间对Zr–9Al合金力学性能有着显著的影响。为此,对不同轧制间隔保温时间的热轧态Zr–9Al合金组织及力学性能进行了进一步的研究。研究结果表明,当轧制间隔保温时间为5min时,Zr–9Al合金在轧制的过程中将会发生动态析出,在α晶界上形成Zr₃Al相和β相。动态析出行为将导致合金晶粒细化、球化程度提高以及位错含量增加,从而提高合金的强度和塑性。研究表明,具有球化组织的锆合金有较好的综合力学性能。设计了动态球化和静态球化两种工艺对Zr–9Al合金进行处理,并对处理后的合金组织及力学性能进行了对比研究。结果表明,经过动态球化处理的Zr–9Al合金组织由近似等轴的α晶粒组成;经过静态球化处理的Zr–9Al合金组织由形状不规则的、粗大的α晶粒组成,表现出强烈的{101?0}<112?0>织构;同时,经过静态球化处理的Zr–9Al合金α晶粒内部出现了大量的孪晶;在力学性能方面,经过两种不同球化方式处理的Zr–9Al合金屈服强度仅相差25.2MPa。分析表明,虽然两种不同球化方式处理的合金晶粒尺寸存在显著的差异,但由于晶粒过于粗大,细晶强化效果并不明显;静态球化合金中强烈的织构也并未对合金的屈服强度造成显著的影响。