在航空发动机的高温高压工作环境下,常规钛合金材料因具有较大的燃烧敏感性,在使用上受到了极大的限制。发生“钛火”事故的概率也随着发动机用钛量的增加而增大。阻燃钛合金的发明成为解决“钛火”事故最直接有效的途径,也是先进高推重比发动机成功设计和生产的关键基础。Ti40阻燃钛合金在高温变形韧性开裂准则和热加工图等方面的研究较多,但对于WSTi3515S阻燃钛合金的热变形的开裂机理、再结晶机制和组织演变等基础研究及热物理性能等应用性能方面尚未进行深入研究。目前Ti-V-Cr系阻燃钛合金的热变形基础及应用性能研究存在的主要问题有:研究欠全面,主要集中在Ti40合金,且研究对象主要为小型铸锭或小试样;单相组织晶粒细化尚未建立工程化物理模型,未明确不同阻燃钛合金显微组织中的各种析出物;应用性能研究以常规性能为主,而更为基础的热物理性能反而未见研究报道;这些都严重制约了国产阻燃钛合金材料的推广应用和工程化进程。本文通过真空自耗电弧熔炼（VAR）试验、热模拟压缩试验、工程化坯料物理模拟镦粗试验、热挤压开坯试验和包套自由锻造试验,结合组织观察（OM、SEM、EBSD、EDS、XRI和TEM）、热物理性能以及力学性能等测试分析手段,对Ti-V-Cr系阻燃钛合金WSTi3515S和Ti40合金的开裂机理、热变形过程中的再结晶行为和组织演化以及工程化制备方法进行了研究,对比分析了两种典型阻燃钛合金的开裂行为、微观组织、力学性能和热物理性能,探索了阻燃钛合金大型铸锭和大尺寸板坯的工程化制备新方法,建立了Ti-V-Cr系阻燃钛合金晶粒细化的物理模型和热物理性能与温度关系数学方程,并揭示了其热变形开裂机理和再结晶机制。获得的主要研究成果和结论如下:（1）基于热模拟压缩试验和小铸锭物理模拟镦粗试验,对Ti-V-Cr系阻燃钛合金热变形行为进行了研究,发现该合金热变形过程中易发生开裂,归纳出该合金最典型的3种开裂形式为:45°剪切开裂、沿“界”开裂和放射状开裂。对其开裂行为研究表明,Ti-V-Cr系阻燃钛合金热变形开裂机制与应力状态、高温氧化、析出物形态等因素密切相关;坯料表面的拉应力、析出物以及高温氧化等促进了孔洞和裂纹的形成,最终在薄弱界面处“爆发”,并不断向薄弱方向延伸扩展。（2）基于Ti40和WSTi3515S合金工程化大规格坯料锻造过程中的组织演化行为,建立了Ti-V-Cr系阻燃钛合金晶粒细化物理模型。Ti-V-Cr系阻燃钛合金的晶界破碎再结晶机制表明,锻造过程中依靠晶界处的变形,在晶界形成亚晶,当亚晶与母晶粒的位向差超过一定数值时,出现从母晶粒上分离的再结晶晶粒,这些晶粒在随后的加热保温过程中长大,促使组织细化和均匀化。大晶粒和强固溶强化效果是Ti-V-Cr系阻燃钛合金出现晶界破碎再结晶机制的最主要的原因,这导致阻燃钛合金在锻造过程中极易产生沿晶界和相界的开裂。（3）WSTi3515S合金的热处理组织演化行为研究结果表明,在900℃以下退火,WSTi3515S合金的组织差别不大,力学性能变化不明显;退火温度超过900℃时,晶界小晶粒开始明显长大,并向原始晶粒扩展。WSTi3515S合金中主要有4种析出相:Ti₂C、（TiV）C、Ti₅Si₃和α相。当加热温度为900⁹50℃时,WSTi3515S合金锻态组织开始发生明显改变;温度为950¹000℃时,鸡爪型（TiV）C开始溶解;温度为1000¹050℃时,点状颗粒Ti₅Si₃开始溶解;温度升高到1200℃以上时,球状Ti₂C发生溶解;在570℃热暴露过程中,在晶界处析出少量的第二相导致WSTi3515S合金热暴露塑性显著降低。（4）基于横向“九点对称中分（NPSM）”和纵向“圆周面五点均分（LCFA）”取样测试分析方法,以及X射线实时成像检测（XRI）结果表明,采用4次真空自耗电弧熔炼技术可以解决Ti-V-Cr系阻燃钛合金大型铸锭的成分偏析问题;大尺寸板坯的力学性能结果表明:借助大型挤压机和大型快锻机可以有效控制阻燃钛合金工程化板坯的组织和性能均匀性。WSTi3515S合金的室温拉伸、硬度、冲击和540^oC高温拉伸等性能与Ti40合金相当,但540℃高温蠕变、高温持久以及热稳定性等热强性能较好;V和C元素对Ti-V-Cr系阻燃钛合金的热强性能影响显著,且C元素还具有促进晶粒细化的作用。（5）Ti-V-Cr系阻燃钛合金的热物理性能测试结果及采用最小二乘法原理拟合获得的数学方程表明,在室温到600℃范围内,WSTi3515S和Ti40合金的热物理性能受温度的影响变化规律曲线比较稳定,泊松比m随温度的变化不明显,杨氏模量E和剪切模量G随着温度的升高呈线性缓慢下降,比热C_p随着温度的升高呈抛物线增加,热扩散率D和热导率K随着温度的升高呈线性增加,线性热膨胀率ΔL/L₀和平均线性热膨胀系数a随着温度的升高呈抛物线增加。