先进材料的超塑成形与超塑成形/扩散连接技术,是航空航天领域中材料及其成形研究的重要内容之一。钛合金和镍基合金都具有强度高、耐腐蚀、耐高温等优良性能,但其在常温下或变形抗力高,或塑性较差。将其处理成等轴细晶组织的状态,在超塑温度下,成形性能就变得异常地好。本文分别以应用最广泛的钛合金(TA15和TC4)作为研究对象,针对航空航天领域的耐热结构件,进行了多层板结构超塑成形/扩散连接工艺研究及缺陷模型分析。系统研究了TA15的超塑拉伸性能,测定了材料的最大伸长率、最佳拉伸速度和最佳成形温度T以及应变速率敏感性指数m。研究表明,TA15在较高温度880℃-930℃和较高拉伸速度0.6 mm/min下具有高的伸长率,在温度为930℃、拉伸速度为0.6 mm/min时,具有最大伸长率,伸长率近1500%;在930℃、拉伸速度为0.3 mm/min时m值为0.71。综合考虑,TA15合金的合理超塑形成形温度在900℃左右,合适拉伸速度在0.6 mm/min左右,此时流动应力在35MPa左右。在研究热力学理论和金属扩散理论的基础上,进行了异种材质钛合金TA15和TC4的扩散连接可行性试验,初步确定了两种钛合金的扩散连接工艺参数,在此基础上,制备出了扩散连接件。在对钛合金扩散连接工艺研究的基础上,对钛合金多层板结构件的超塑成形问题进行了研究。通过先扩散连接后超塑成形的方法,得出多层钛合金板扩散连接/超塑成形的最佳工艺参数。分析了显微组织对接头界面的影响和成形后板材的厚度分布。实验结果表明,最佳的扩散连接参数为:连接温度930℃,连接压力2~5MPa,连接时间30min,真空度高于6.5×10-2Pa;最佳的超塑成形参数为:成形温度930℃,成形时间为35min,成形压力0.5MPa。针对超塑成形技术在工程应用中出现的成形缺陷进行了动态分析,建立了非对称模腔的面畸变模型和压应力转移-表面褶皱模型,明确了复杂的应力状态是形成表面褶皱的关键原因。在超塑成形工艺中,静态的工艺参数已经不能满足工程实践的要求,对工艺流程的动态分析应当受到重视,需要建立包含更细致约束条件的精确模型,以解决实际问题。