线性摩擦焊是整体叶盘，尤其是异种材料整体叶盘焊接制造的关键技术，在国外航空发动机制造领域已得到成功应用。目前，我国航空领域已着手开展钛合金双性能整体叶盘的线性摩擦焊技术研究。因此，进行钛合金线性摩擦焊的相关基础研究，了解线性摩擦焊这种快速加热、冷却及大变形条件下的接头温度场、组织、织构演变过程，并进行焊接接头力学性能表征，是一项十分紧迫的任务，可为钛合金双性能整体叶盘的工程制造提供理论基础及试验数据。本文主要针对和围绕制造航空发动机叶片、叶盘的重要材料TC4与TC11钛合金，全面、系统地开展了异种钛合金的线性摩擦焊试验研究，具体研究内容及成果如下：基于傅立叶热传导公式建立了线性摩擦焊过程接头热力影响区及母材区的热传导数学模型，并对热传导速度的影响因子进行了修正；通过对线性摩擦焊过程电机驱动功率检测，计算获得了准稳态摩擦阶段的名义摩擦系数，计算了沿界面摩擦振动方向的一个周期内平均摩擦功率分布，基于计算结果，建立了焊缝温度场演变模型。设计并制作了专用的温度测量系统，对异种钛合金TC4/TC11线性摩擦焊接过程焊接界面、TC4侧热力影响区及母材区进行了温度测定，并针对热电偶热惯性产生的误差进行了温度修正，获得了焊接过程接头的热历史变化曲线。计算结果与试验结果基本吻合，验证了上述模型的准确性及可行性。为了简化合金元素在焊接过程对织构及组织的影响，选用TA2纯钛进行线性摩擦焊接试验的基础研究，旨在获得变形过程组织及织构演变规律，为分析TC4/TC11两相异种钛合金线性摩擦焊接头微观组织变形机理提供一定的理论基础。对TA2线性摩擦焊接头不同区域的织构与微观组织特征进行分析发现，热力影响区组织发生了较大变形，晶粒内部存在大量的亚晶粒。焊缝中心晶粒细小，其平均晶粒尺寸（约3μm）明显小于母材（约6.7μm），同时还观察到大量小角度晶界（约占70%）。焊缝中心晶粒内有大量的亚晶及细小未长大的再结晶晶粒。焊缝中心及飞边均具有在晶体学基面{0001}法线方向的织构。对TA2接头各区域织构特征进行了分析，阐述了线性摩擦焊过程焊接金属的滑移面、滑移方向及原子从母材到焊缝的移动行为，从微观上解释了不同区域及焊接不同时刻的织构变化过程。对焊接过程不同时刻进行了TA2接头的EBSD分析，发现焊接过程不同时刻接头织构演变规律一致，焊缝中组织具有在晶体学基面{0001}法线方向的织构，晶体学的柱面{1010}随着线性摩擦焊过程往复振动绕晶体学C轴转动。对焊接过程不同时刻的组织特征分析发现，晶粒在剪切力的作用下产生了大量的位错，异号位错相消，同号位错在外应力作用下进行排列，组成了位错墙。这些位错墙相互缠结，形成了位错包，随着焊接过程进行，位错包进一步变形形成亚晶。轴向压力及剪切力共同作用消除了组织变形的不协调性，使得晶界发生转动，通过亚晶旋转机制产生了再结晶晶粒。整个焊接过程回复及再结晶现象同时存在。阐述了钛合金线性摩擦焊接头焊缝组织的演变机理。对比分析了异种钛合金TC4/TC11线性摩擦焊接头焊缝中心的EBSD图像与TA2纯钛线性摩擦焊接头焊缝中心织构及组织特征，结果表明，两相异种钛合金TC4/TC11接头与TA2纯钛线性摩擦焊接头织构及组织演变规律具有一定的相似性。对异种钛合金TC4/TC11线性摩擦焊接头进行了力学性能试验研究，发现接头的拉伸强度接头强度与TC4母材等强，拉伸断口呈现出韧性断裂的特征。接头的冲击韧度约为TC4母材的80%。重点分析了接头疲劳性能及其变化规律，结果表明：接头的杨氏模量与TC4母材基本相当；当总应变幅高于0.6%时，接头发生了循环软化；接头的疲劳寿命及疲劳参数与TC4母材基本相当，表明接头疲劳性能优良。疲劳强度、拉伸强度及冲击韧度的试验与分析表明，接头存在力学性能各向异性：疲劳及拉伸加载方向垂直于焊接界面，与晶体学基面{0001}法线方向垂直，故强度值较高；冲击加载方向平行于焊接界面，与晶体学基面{0001}法线方向一致，故冲击韧度低。运用Schmid定理分析解释了织构与接头力学性能的关系。