钛与钛合金由于具有优异的综合性能被广泛的应用于航空航天、海洋、医疗和化工领域。然而,工业技术和科技水平的不断发展对钛合金提出了更高的要求。相比于传统低合金化钛合金,大量研究表明高合金化钛合金具有更优异的综合性能。此外,高合金化有利于形成更丰富的亚稳相,丰富的亚稳相对于微观组织结构的精确调控既是机会也是挑战。因此,本论文对高合金化TiZrAl合金亚稳相稳定性和分解机制进行了深入研究。使用非自耗真空电弧炉熔炼制备了一系列(Ti₆₀Zr₄₀)_100-xAl_x合金,研究了Al元素对TiZrAl合金亚稳相的作用。结果表明Al元素在高合金化TiZrAl合金中显示出区别于传统钛合金的作用。在非平衡条件下,由于结合能和局部应力的综合作用,Al元素表现为β稳定元素;而在平衡条件下Al元素表现为常规的α稳定元素。此外,选取(Ti₆₀Zr₄₀)₈₅Al₁₅合金进行了进一步研究。研究表明,在应力作用下亚稳相将发生应力诱发马氏体相变,并且马氏体相逆相变有利于晶粒细化。另一方面,对亚稳相等温分解机制进行了研究,对固溶态(Ti₆₀Zr₄₀)₈₅Al₁₅合金进行了不同温度和时间的时效处理。研究结果表面,在时效过程中合金发生了β→α+β→α的固态相变,最终β将完全转变为α相。α相优先在晶界处形核长大,随着时效温度的升高或时效时间的增加,针状α相向晶粒内部生长,同时α相在晶粒内部也出现形核长大现象,α相生长模式为三角形与四边形排布。