钛合金因具有密度小、比强度高、耐腐蚀和耐高温等优点，已成为航空航天等工业领域的关键结构材料。然而，钛合金对锻造变形温度和变形速率非常敏感，因此对于钛合金大型复杂结构件，常规锻造成形非常困难。由于超塑性变形具有流动应力小、变形较均匀和延伸率高等特点，因此，应用超塑性成形技术是解决钛合金大型复杂结构件难成形难题的有效途径。本文的主要工作和研究结果如下：TC4-DT是一种损伤容限型的钛合金。供应态的TC4-DT合金平均晶粒尺寸为70μm，晶粒比较粗大，超塑成形性能较差。为了提高其超塑成形性能，本文首先采用三维镦拔工艺制备出平均晶粒尺寸为15μm的等轴TC4-DT合金，其工艺是：在1000℃温度下β单相区锻造变形后快速水冷，然后在950℃温度下α+β双相区锻造变形后空冷。细化后的TC4-DT合金的室温与高温力学性能均得到了大幅度提高。锻后TC4-DT合金的室温拉伸断口SEM形貌表明：形变细化处理后试样断口为韧性断裂，供应态粗晶试样的断口为准解理断裂。TC4-DT合金形变热处理过程中的微观组织演变研究结果表明：TC4-DT合金形变热处理工艺细化晶粒的主要机制是形变诱导晶粒细化，通过大塑性变形使得晶粒破碎而细化，β锻后水冷获得的细小马氏体组织有利于微观组织在α+β区变形过程中的进一步细化和等轴化。本文分别采用恒应变速率法、最大m值法和应变诱发最大m值法，完成了TC4-DT合金的超塑性拉伸试验。恒应变速率拉伸时，在变形温度850~900℃和应变速率3.3×10–4~1.1×10–2s–1的条件下，锻后TC4-DT合金的延伸率为185%~631%。采用最大m值法和应变诱发最大m值法，锻后的TC4-DT合金在变形温度870℃时的延伸率分别为1233%和1033%；与最大m值法相比，应变诱发最大m值法的变形效率提高了86%。同时，研究了细化后TC4-DT合金的超塑性力学行为及微观组织演变。恒应变速率拉伸时，在较高变形温度和较低应变速率下，流动应力曲线呈现出显著的应变硬化效应，其主要原因是高密度位错以及超塑性变形时的晶粒动态长大。结合定量金相、扫描电镜等的研究结果表明：(1)存在不同程度的晶粒粗化；(2)发生了动态再结晶；对于恒应变速率拉伸，在较高变形温度和较低应变速率下，表观变形激活能Q值与晶界自扩散激活能相近，表明此时晶界扩散是主要速率控制机制；该合金在高温塑性变形时，流变应力随应变速率的增加而升高，随温度的升高而显著降低，求得其热变形激活能Q为153.016KJ/mol。同时流变应力、应变速率、变形温度满足以下关系式：=3.74×108[sinh(0.02385527)]2.70981333exp[﹣153.016225×103/RT]最大m法超塑性变形时，TC4-DT合金的超塑性变形机制为扩散蠕变协调的晶界滑移机制；在最佳超塑性变形温度870℃下获得了最大延伸率1233%。应变诱发超塑变形在前期恒速变形阶段，由于变形时间短，随应变增加造成的硬化得不到及时松弛，此时变形主要以晶内滑移为主，在后期最大m法超塑变形阶段，初期表现出应变硬化现象，流动应力迅速增加到峰值，然后再结晶产生应变软化和变形量增加导致的应变硬化的共同作用，引起了应力呈现锯齿状，应力总体趋势下降，直到试样断裂。综上所述,应变诱发超塑变形主要机制是晶界滑移，以动态回复和动态再结晶为晶界变形的辅助机制。改锻后TC4-DT的超塑性明显高于改锻前，延伸率平均提高了203%。TC4-DT合金在同一温度下的延伸率变化随着预应变量的增加，先增后减,在同一预应变量ε下的的延伸率变化随着温度的增加，先增后减。其应变诱发超塑性变形工艺的最佳参数为温度870℃、预应变量1.5，在此条件下合金延伸率高达1033%。通过对870℃温度恒应变速率下的变形组织进行三种不同方案的双重退火处理，研究结果表明:试样在变形温度870℃，应变速率3.3×10-4下进行超塑性拉伸变形，变形组织经两相区双重退火即950℃1h AC+720℃4h AC得到网篮组织。