钛合金双性能整体叶盘不仅可以有效减重而且能够优化气动布局,是提高航空发动机综合性能的发展方向之一。我国采用整体锻造的方式生产钛合金双性能整体叶盘,使轮盘部位获得韧性和抗裂纹扩展能力更好的片状组织,叶片部位获得强度和抗裂纹形核能力更好的等轴组织,过渡区获得有良好综合性能的片状与等轴的混合组织。在钛合金双性能整体叶盘生产过程中,片状组织球化演变,特别是热处理过程中的静态球化行为,是钛合金双性能整体叶盘不同部位组织控制的关键技术。静态球化不仅受热处理阶段的工艺参数影响,变形阶段的工艺参数同样有显著影响,其演变行为是一个受多机理控制,多阶段的复杂过程。对钛合金片状组织静态球化进行深入系统的研究对制备双性能整体叶盘有重要的指导意义。本文采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对TC17钛合金片状组织的球化演变规律及内在机理进行系统研究,主要研究内容及结论如下:基于等温锻造实验研究了热处理前TC17钛合金的片状组织动态演变行为和演变机理。研究表明:在变形过程中片状组织发生动态球化现象,动态球化阶段主要受应变量和变形温度影响,球化过程受晶界分离机理控制,通过直接受强剪切作用形成剪切面或者外力导致的组织内部亚结构两种方式进行,α相滑移面开动的难易程度为锥面滑移＞柱面滑移＞基面滑移。在变形过程中,球化演变的同时发生着片状组织旋转,随应变量增加,α相与压缩轴的夹角由双峰分布逐渐向单峰分布转变。设计两相区热处理实验研究了 TC17钛合金的片状组织的静态球化行为,揭示了静态球化机理,并建立了静态球化的时间预测模型,完成对静态球化所需时间的预测。静态球化阶段主要受应变量、热处理温度和热处理时间影响,随应变量增加,热处理温度增加和热处理时间延长球化分数迅速增加。静态球化过程分别由热处理初期的晶界分离机理和热处理中后期的末端迁移及奥斯瓦尔德熟化机理控制。热处理初期的晶界分离主要是畸变能的释放过程,高温促使能量释放导致元素扩散作用剧烈,β相快速析出,逐渐切断α相,基于Mullins原理建立时间预测模型,成功对晶界分离时间进行预测。热处理中后期的末端迁移机理使元素从组织末端或者缺陷位置等曲率较大部位向曲率较小的平滑部位迁移,导致片状组织球化的同时引起组织粗化,基于Fick准则建立末端迁移时间预测模型,实验验证了模型准确性。奥斯瓦尔德熟化机理以不同尺寸组织之间的势能差为驱动力,使得小尺寸组织逐渐溶于基体,而大尺寸组织逐渐长大,促进静态球化过程,同时导致组织粗化。电子背散射衍射(EBSD)分析揭示了组织演变过程中α相与β相的相互影响机理。β相的演变以连续动态再结晶为主,α相对β相有分割作用,再结晶的β晶粒多以α相为边界,β相再结晶晶粒尺寸受α相分布影响,分布在晶界处的α相会制约再结晶β晶粒的长大。而α相的演变也受β相影响,β相的分割、楔入作用使得α相内部取向发生变化,首先α相内部形成小角度晶界,然后逐渐转变为大角度晶界,最后形成新的晶界,导致组织分离。基于体视学原理及微观组织定量分析技术,阐明了 TC17钛合金片状组织静态球化演变规律,建立了静态球化动力学方程和人工神经网络预测模型。以再结晶模型Johnson-Mehl-Avαrmi-Kolmogorov(JMAK)方程为依据,通过引入参数t0.5(静态球化分数达到50%时所需要的时间),考虑应变量对静态球化的影响,建立片状组织静态球化动力学方程。运用人工神经网络方法构建了 TC17钛合金静态球化预测模型,并实验验证了模型的准确性。与传统的经验模型对比,人工神经网络模型对TC17钛合金静态球化的预测精度更高,模型具有良好的泛化能力。基于经典的组织粗化理论LSW，建立了 TC17钛合金静态粗化动力学模型。以LSW理论为基础,结合TC17钛合金片状组织和等轴组织在热处理过程中的演变特点,分别建立片状组织和等轴组织的静态粗化动力学模型。通过计算发现片状组织的静态粗化受界面反应与体扩散共同影响,并且界面反应与体扩散所起作用大小随热处理温度的变化而变化;等轴组织的静态粗化主要受体扩散控制。与TC17钛合金双性能整体叶盘的实际加工过程相结合,定量研究了片状组织球化行为对拉伸性能和冲击韧性的影响规律。研究表明:在室温和400°C实验条件下,TC17钛合金的拉伸强度和塑性都随α相球化分数的增加而逐渐提高。而且抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率与α相球化分数在本文实验范围内存在线性关系。TC17钛合金的冲击韧性受α相球化分数的影响与拉伸性能相反,随α相球化分数增加,冲击韧性逐渐降低。并且冲击韧性与α相球化分数之间的定量关系也可通过线性方程表示。