锆在地壳中的储量丰富,且海绵锆的生产成本接近海绵钛。锆的中子吸收截面小、抗辐照、抗腐蚀,在核工业中具有重要的应用价值。然而,锆合金除了在核工业获得了重要应用外,在其它工业中的应用很少,原因是缺乏有效的强韧化途径和相应的制备技术。以往,空间活动构件主要选用各种类型的合金钢来制造。但合金钢在空间环境中服役存在着密度大(难以轻量化)、膨胀系数大(影响机构精度)、服役寿命不够长等缺点。锆合金由于在核工业大量使用,已证明具有抗空间辐照和原子氧侵蚀的潜质;它的密度低,具有轻量化潜质;膨胀系数低,具有保障空间机构高精度运行的潜质。因此,锆合金是在空间环境中使用非常具有发展潜力的合金体系。虽然锆合金在耐辐照和耐腐蚀性上表现出了优异的性能,但传统的锆合金普遍强度较低,不足以满足作为机构材料的要求,因此需要寻找具有高强韧特性的新锆合金体系。本文以发展新的锆合金空间机构材料体系为目标,以Zr-Ti二元合金为研究对象,系统研究了合金成分与力学性能、相变和组织演化的规律,建立了Zr-Ti二元合金的强韧化机制,找出了具有优异力学性能的Zr-Ti二元合金成分及其制备工艺。锆和钛是同族元素,二者之间能形成连续固溶体,可以在较大的浓度范围内调整合金成分。在本文中,制备了一系列不同成分的Zr-Ti二元合金,研究了不同状态的Zr-Ti二元合金成分与组织和力学性能之间的变化关系。通过对铸态Zr-Ti二元合金的实验结果分析得知,合金的强度随着Ti含量的增加而增加,在Zr-Ti二元合金成分为Zr50Ti50时达到最大值1170MPa。Zr-Ti二元合金中的主要强化机制为固溶强化和组织细化。对Zr-Ti二元合金的热轧变形研究发现,Zr50Ti50是具有最佳力学性能的合金成分。热轧态的Zr50Ti50合金强度为1063MPa,断后延伸率7%。同时在研究中发现,在热轧态Zr50Ti50二元合金中出现了大量的纳米孪晶,提高了合金的塑性变形能力。并据此研究提出了锆合金中的纳米孪晶强化机制,为锆合金的强化提供了一个新的思路,新的手段。利用Gleeble热模拟试验机对Zr50Ti50二元合金的热变形行为进行了在不同变形温度,不同应变速率下的模拟实验。实验得到了Zr50Ti50二元合金在不同热变形条件下的真应力-应变曲线。利用实验得到的热变形流变曲线,计算出Zr50Ti50二元合金的热变形激活能Q=103274.9J/mol,并结合热变形后的组织形貌,科学直观的分析了Zr50Ti50二元合金的热变形机制是以动态回复为主。此外,根据流变曲线的相关数据和动态材料模型等理论,计算并得到了Zr50Ti50二元合金的热变形本构方程以及热加工图。据此可以更好的对Zr50Ti50二元合金的热变形建立模型进行模拟,同时也指出了Zr50Ti50二元合金的最佳热变形条件以及热变形失稳区的存在。Zr50Ti50二元合金的最佳热变形条件是变形温度在830~850°C,应变速率在0.56~1s-1之间在对Zr50Ti50二元合金锻造后组织和性能的研究中发现,魏氏组织会严重影响锻态Zr50Ti50二元合金的性能。通过固溶处理可以有效的消除魏氏组织,明显改善锻态Zr50Ti50二元合金塑性,使合金的断后延伸率达到8%。