钛合金以其优异的力学性能、耐蚀性能等多方面优越的表现进入人们视野,应用范围遍及航空、航天、船舶和兵器制造等领域。高强β钛合金具有较高的强韧性及良好的冷热加工性能,日益受到人们的关注。该合金作为一种高强结构材料,服役时会受到交变应力的作用,很容易发生疲劳失效,对生命和财产安全造成严重威胁。本文针对新型Ti-Al-V-Mo-Cr-Zr-Fe-Nb合金进行热处理优化分析,在优化后的热处理条件下进行合金的低周和高周疲劳性能研究,分析了该合金的循环应力-应变响应行为、疲劳寿命以及疲劳裂纹萌生、扩展机理。研究结果如下:新型Ti-Al-V-Mo-Cr-Zr-Fe-Nb合金在相变点之上或者之下进行固溶处理时,组织都为均匀单一的β相,晶界清晰,随着固溶温度升高,晶粒尺寸变大,760℃约为40μm左右。在相变点之下固溶时效,次生α相存在两种特征:短棒状均匀细小α相和互成60°夹角长针状α相。在相变点之上固溶时效组织中只表现出一种长针状析出特征。固溶时效温度为740～760℃/0.5h/AC+480℃/12h/AC,此时合金强度-塑性匹配良好,抗拉强度Rm≥1350MPa,延伸率A≥13%。在选定固溶时温度740～760℃/0.5h/AC+480℃/12h/AC热处理制度基础上,研究不同热处理方式对合金组织性能的影响,综合分析固溶后冷却方式、直接时效以及双级时效下合金的金相组织、室温力学性能、显微硬度的差异,确定750℃/0.5h/AC+480℃/12h/AC为本实验最优热处理制度,此时合金的抗拉强度Rm=1467.0MPa,屈服强度 R0.2=1380MPa,延伸率 A=11.5%,断面收缩率 Z=30%,硬度为368HV。在外加总应变0.8%～1.8%范围控制的低周疲劳加载条件下,材料在循环初期明显软化,后期软化饱和,达到循环稳定。随着总应变量的增加,低周疲劳寿命逐渐降低。高强β钛合金的循环应变幅和疲劳寿命满足Coffin-Manson方程,即:Δεt/2 = 623.6×(2Nf)-1.1184 +16.405 ×(2Nf)-0.0522低周疲劳条件下,随应变量的增大疲劳裂纹萌生位置靠向近表面,且为单一疲劳源,在扩展区存在一定数量的准解理平面,并存在大量韧窝,低应变下出现二次裂纹,疲劳寿命增大,瞬断区大量的韧窝花样呈现出塑性断裂形貌特征。高强β钛合金的S-N曲线分散很大,随着应力幅的减小,疲劳寿命增加。利用郑修麟公式对高周疲劳数据进行非线性拟合,得到的应力疲劳寿命预测表达式为:Nf=1.42 ×107(Sa-535)-2该合金的理论疲劳强度为535MPa,是其屈服强度的0.42倍。高周疲劳条件下,疲劳裂纹萌生于试样表面,且为单一疲劳源,扩展区有大量的准解理平面以及少量韧窝,随着应力值的降低,扩展区产生了二次裂纹,疲劳寿命明显增大。瞬断区有大量的韧窝花样,断裂特征为塑性断裂。低周疲劳时随着应变量的增大裂纹萌生机理从表面滑移带开裂转变为位错堆积引起的晶界开裂,高周疲劳裂纹萌生机理为表面滑移带开裂。低周疲劳扩展区主要为准解理平面,并存在大量韧窝,裂纹以韧性与脆性混合的穿晶方式向前扩展。高周疲劳条件下,随着应力降低,扩展区二次裂纹附近形成了疲劳辉纹,裂纹以条带机制向前扩展。瞬断区布满了等轴状韧窝,在韧窝中间存在着许多微小的孔洞,说明合金的断裂失效机理为微孔聚集。