钛及钛合金具有密度低、比强度高、生物相容性好和耐腐蚀等诸多优异性能,广泛应用于航空航天、生物医疗和海洋工程等多个领域。然而传统钛合金通常表现出较低的塑性变形能力和较差的加工硬化行为,这在一定程度上限制了钛合金进一步的工程应用。近年来,具有孪生诱发塑性（TWIP）效应的β型钛合金因其良好的塑性和显著的加工硬化效应而受到广泛的关注;但是该类型合金较低的屈服强度在一定程度上限制了其在关键结构件中的应用。通过调控该类钛合金的成分,进而在较大程度上提高其屈服强度成为目前亟需解决的关键问题。只有深入理解合金元素对变形方式的影响规律,才能通过调控合金成分精确控制合金的变形方式,最终有效地开发出强塑性匹配的β型钛合金。因此,本文在典型的Ti-Mo二元合金的基础上,分别添加了α相稳定性元素Al、中性元素Zr和β相稳定性元素Mo、Fe,研究了上述元素对β型Ti-Mo合金的微观组织和力学性能的影响。在此基础上,利用“团簇+连接原子”结构模型,结合d-电子合金设计理论、Mo当量和电子浓度等经验性参数,设计了β型Ti-Mo-Fe-Zr和Ti-Mo-Fe-Nb四元合金,研究了上述合金的微观组织及力学性能,并进一步探讨合金在变形过程中的微观组织演变及变形方式。结果表明,Ti-Mo-Al合金固溶处理后和压缩变形后的微观组织均为针状α’马氏体;合金的屈服强度随着Al含量的增加而降低,并且压缩曲线出现双屈服现象;合金具有较大的均匀延伸率,但在屈服之后加工硬化率迅速下降。Ti-Mo-Zr和Ti-Mo-Fe合金的固溶态组织均随着合金元素的添加由针状α’马氏体转变为β相,上述合金在压缩变形后均出现了大量的板条状组织,这使得其呈现出较大的均匀延伸率和加工硬化率。Ti-MoFe-Zr和Ti-Mo-Fe-Nb四元系合金经固溶处理后的微观组织均为单一的β相,且表现出较高的屈服强度,较大的均匀延伸率和良好的加工硬化行为。经5%拉伸变形后,Ti-7.81Mo-1.52Fe-4.95Zr合金中同时观察到{332}<113>孪晶和应力诱发α’马氏体的出现,而Ti-7.62Mo-1.48Fe-9.83Nb合金中同时观察到{332}<113>孪晶及一次孪晶内部的{112}<111>孪晶的出现。上述四元合金具有较高的屈服强度主要归因于合金元素的固溶强化和ω相的弥散强化作用,其较大的均匀延伸率和良好的加工硬化率则主要归因于变形过程中应力诱发α’马氏体相变、{332}<113>孪生和{112}<111>孪生所诱发的动态Hall-Petch效应。