钛合金薄壁筒形件是航空航天等高端装备领域发展急需的关键构件。流动旋压是一种点加载局部塑性成形工艺,在变形过程中施加热源,不仅能够提高材料的塑性、显著降低变形力、拓宽成形件的尺寸范围,还能有效细化其组织,提高力学性能,是实现钛合金薄壁筒形件成形成性一体化制造极具潜力的成形工艺。然而,钛合金流动旋压是多场、多工步、多参数耦合作用下的热成形工艺。在该过程中,材料在旋轮反复作用下经历复杂的变形状态及显著的不均匀变形,会加剧钛合金微观组织、织构及性能演变的复杂性,使如何调控钛合金筒形件组织性能成为具有挑战性难题。为此,本文针对TA15钛合金,采用实验分析、有限元模拟及理论分析相结合的方法,对该过程中微观组织、织构及性能的演变规律与机制开展了深入系统的研究,主要研究内容及结果如下:结合有限元模拟与微观组织观测,揭示了TA15钛合金流动旋压微观组织的演变规律与机制。发现,多道次流动旋压变形过程中,等轴α（αp）晶粒形态变化与细化是最主要的组织演化现象。αp晶粒沿筒形件径向被压缩,轴向及环向被拉长,各方向应变的差异使得旋压筒形件各截面呈现不同的αp晶粒形态;而且随着旋压道次增加,晶粒形态变化越来越显著。αp晶粒细化机制主要包括:不连续动态再结晶和亚晶连续转动及局部剪切引起的连续动态再结晶,细化程度及尺寸均匀性随旋压道次增加逐渐提高。流动旋压中显著的压缩及剪切变形对动态再结晶机制及动力学存在如下影响:两种变形方式下,连续与不连续动态再结晶机制共存,但主导机制存在差异;压缩变形方式下,随着应变的增加,再结晶主导机制由连续动态再结晶逐渐转变为不连续动态再结晶;剪切变形方式下,连续动态再结晶始终是主导机制,且呈现出更快的动力学,有利于提高晶粒细化程度及组织均匀性。基于晶体塑性理论,建立了钛合金流动旋压织构演变预测模型,探明了织构的演变规律与机制。发现,随着旋压变形量的增加,α晶粒中大量基面滑移系开动,{0002}极点向筒形件径向偏转,逐渐形成{0002}基面织构。但由于旋压变形时筒形件轴向及环向存在显著的剪切变形,α晶粒中同时会有部分柱面及锥面滑移系开动,使得{0002}极点会向筒形件轴向及环向有所偏转,进而形成近{0002}基面织构。成形筒形件织构沿径向分布不均匀,外表面更接近{0002}基面织构且织构强度最大,中层次之,内表面织构强度最弱。此外,旋压织构形成与初始晶粒取向相关,当晶粒c轴越靠近筒形件径向,滑移系开动越困难,会降低织构强度;反之,滑移系开动越容易,会增加织构强度。通过对成形件在外载作用下细观变形机制的准原位分析与力学性能测试,探明了钛合金流动旋压件性能各向异性的规律与机制。发现,旋压变形后,筒形件的轴向屈服强度低于环向,但轴向塑性远高于环向。屈服强度的大小主要依赖于不同方向受载时αp晶粒内部柱面滑移系开动难易程度。由于旋压件近{0002}织构的形成,沿环向受载时柱面滑移系的施密特因子低于沿轴向受载,因而环向屈服强度更高。另外,沿环向受载时较低的柱面滑移系施密特因子使得其更容易产生基面滑移、锥面滑移以及交滑移,这会诱发解理面及滑移面交接处微裂纹的形成,加速损伤断裂,因此环向塑性较低。同时,环向受载时裂纹易于沿αp晶粒形态取向扩展,形成沿晶断裂,这也是导致环向塑性较低的一个原因。在上述研究工作基础上,探明了旋压工艺参数对微观组织、织构及力学性能的影响规律。结果表明,随着变形温度升高,晶粒细化机制逐渐由连续动态再结晶转变为不连续动态再结晶,晶粒细化效果先增强后减弱,织构强度逐渐减弱,筒形件轴向屈服强度逐渐减弱,轴向塑性先上升后下降;减小进给比或增加旋压道次均有助于提高晶粒细化程度,改善构件的强度与塑性。