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钛基复合材料（TMCs）具有高强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性而被广泛应用于航空器的结构件材料。原位生成的Ti Cp和Ti Bw被认为是钛基复合材料的理想增强体材料。石墨烯（GR）具备优异的力学性能,在被应用于钛基复合材料的增强体材料时具有很高的强化效率。本论文以纳米Ti C（约50nm）/纳米Ti B2（约300nm）粉末和多层GR（<10层）粉末作为增强体材料,大尺寸Ti6Al4V（TC4）球状粉末作为基体材料,制备了原位多元增强的GR-Ti Cp/TC4和GR-Ti Bw/TC4复合材料。通过在TC4表面包裹Ti C或Ti B2形成隔绝层以期减少GR与TC4的反应。本文中研究了不同增强相含量的复合材料的物相结构、显微组织、力学性能和强韧化机理。主要研究内容及结果如下:（1）研究了TC4经不同烧结温度烧结成型后的致密度,研究了烧结态复合材料样品经不同的热变形处理（锻造镦粗、热轧）后的变形率和组织结构。结果表明900℃烧结5min后TC4的致密度达到98.57%。锻造镦粗的变形率仅能达到43.6%,且组织结构变形不明显。而热轧的变形率高达69.40%,热轧后的组织结构发生明显变形。（2）研究了GR-Ti Cp/TC4复合材料经900℃烧结和1000℃热轧后的组织结构与性能变化。结果表明经900℃烧结后,GR添加量为0.4wt.%、纳米Ti C添加量为0.05wt.%的GR-Ti Cp/TC4呈现准连续的网状结构组织,显微硬度（354.66HV）、抗拉强度（1033MPa）和抗压强度（1856MPa）大幅度提高,较TC4分别提高了19.5%,20.7%和6.8%。烧结态的GR-Ti Cp/TC4经1000℃热轧后等轴组织被拉伸变长。GR添加量为0.3wt.%的GR-Ti Cp/TC4经过热轧后抗拉强度（1110MPa）比烧结态样品（991MPa）提升了12.0%,断裂时的最大应变达到12.9%。（3）研究了GR-Ti Bw/TC4复合材料经900℃烧结和1000℃热轧后的组织结构与性能变化。结果表明经900℃烧结后,GR添加量为0.4wt.%、纳米Ti B2添加量为0.45wt.%的GR-Ti Bw/TC4呈现封闭的连续网络状分布。GR添加量为0.3wt.%、纳米Ti B2添加量为0.05wt.%的GR-Ti Bw/TC4的显微硬度（348.93HV）、抗拉强度（1016MPa）和抗压强度（1821MPa）较TC4分别提升了17.7%,27.7%和8.8%,经1000℃热轧和570℃退火后抗拉强度（1128MPa）进一步提升了11.0%,断裂时的最大应变能达到14%,在提高强度的同时能够保持一定的塑性。在GR添加量一样,Ti C和Ti B2添加量一致时,GR-Ti Bw/TC4复合材料的强韧化效果优于GR-Ti Cp/TC4复合材料。