近α钛合金由于高的比强度和良好的高温性能等优点而被广泛地用于制造航空发动机的重要零件。Ti60钛合金是中科院金属所开发的一种典型的近α型钛合金,该合金能够在600°C的高温环境下长期使用,是高推重比发动机压气机盘件和叶片重要的候选材料之一。为了实现材料蠕变和疲劳性能的良好匹配,Ti60合金选用一种严格控制的双态组织。该种组织的获得过程中涉及到一系列的组织演变,包括冷却过程中等轴初生α相(α_p)的长大,冷却过程中片状α相(α_s)与晶界α相(GBα)的析出,以及热机械加工过程中等轴α相与原始β相在高温下的再结晶等。这些显微组织演变规律的深入研究有助于更好地调控组织,为实际生产提供理论指导。因此,全面研究加工过程中Ti60合金组织的演变规律成为该合金工程应用中亟待解决的问题。本论文主要研究内容与结果如下:通过光学显微组织(OM),背散射图像(BSE),电子背散射衍射(EBSD)以及电子探针显微分析(EPMA)研究了不同冷却速率下Ti60合金双态组织中等轴α相的演变规律。结果表明,随着冷却速率的降低,等轴α相的晶粒尺寸,片状α相的厚度,晶界α相的厚度以及α相丛域的尺寸逐渐增加。在背散射图像中能够观察到等轴α相外围存在一圈衬度不同的相(α-rim),这个相是在连续冷却过程中形成的。通过EBSD晶体学取向分析表明α-rim相与等轴α相内部具有相同的晶体学结构,以外延生长的方式长大。通过电子探针对等轴α相微区成分分析表明,在背散射图像中等轴α相内部的对比度差异是由溶质元素Al和Mo浓度的差异所引起。α-rim相在冷却过程中形成,比等轴α相内部Al含量更低、Mo含量更高,使得该区域原子序数升高,产生更高的背散射信号强度,从而在背散射图像中呈现较亮的衬度。进一步分析发现,连续冷却过程中等轴α相的外延长大是由等轴α相与β基体相之间Al和Mo元素的扩散所控制。基于Al和Mo元素的扩散,建立了等轴α相的长大模型,该模型能够计算不同冷却速率冷却后等轴α相的尺寸,计算值和实验值具有较好的一致性。通过显微组织观察与晶体学取向分析研究了双态组织β基体中晶界α与片状α相的析出规律。结果表明,大部分的晶界α相都与相邻的某个原始β晶粒保持Burgers关系,并且在与晶界α相保持Burgers关系的晶粒中更容易形成小的片状α丛域结构。然而,还存在一些特殊的情况,等轴α相沿着相邻的原始β晶界择优长大形成不与任何相邻原始β晶粒保持Burgers关系的晶界α相。这种晶界α相长度通常较短,这主要是因为形成两个非Burgers关系的α/β相界面引起界面能显著增加,不利于晶界α相的进一步长大。另外,α相能够在亚晶界上形核并同时向两侧β晶粒中长大形成连续的片状α相。对于一些特殊的大角度原始β晶界,比如49.5°/<110>的晶界,晶界两边能够同时形成晶体取向相同的丛域结构的片状α相。等轴α相与原始β晶粒的相界面对片状α相的析出有重要的影响。当等轴α相与原始β晶粒保持近Bugers关系时,在β基体中能够析出与等轴α相取向相同的片状α相。通过热机械加工过程对Ti60合金双态组织中等轴α相的演变规律进行研究。通过显微组织观察与晶体学取向分析,研究了等轴α相的再结晶和晶界分离行为。结果表明,等轴α相内部通过强回复作用形成了大量的晶界、亚晶界。在相对较短的热处理时间内(≤24 h),等轴α晶粒要通过晶界分离来实现晶粒的细化是困难的,大部分等轴α相呈现为未完全晶界分离的花生状结构,在花生状结构的热蚀沟槽处往往存在α/α晶界。这些现象能够通过经典的Mullins热蚀沟槽理论来解释。在热机械加工过程中Ti60合金双态组织原始β基体也发生了复杂的变化。研究发现,在高温变形过程中大部分应变集中在原始β基体中,随着等效应变的增加,原始β晶粒间的晶体取向差逐渐增加,大角度的再结晶晶粒通过连续再结晶机制逐渐形成。对于小应变的试样,变形在α+β两相区并没有产生新取向的原始β晶粒,仅仅能够使得初始原始β晶粒取向发生轻微的分散。宏观粗晶往往对应于一些取向接近的原始β晶粒,取向差角度在20°以内。这些取向接近的原始β晶粒内析出有限数量的片状α变体,一些取向接近的变体腐蚀后具有相似的反射衬度从而能够呈现出原始β晶粒的轮廓。