钛合金具有优异的综合力学性能，在航空航天、汽车、船舶、生物材料等领域具有广阔的应用前景。通常，铸造钛合金的晶粒非常粗大，需要在高温开坯锻造破碎粗大的晶粒，并通过再结晶获得细小的等轴组织，但开坯锻造过程增加了生产工时、工件成本和能耗。通过一定手段细化铸锭晶粒尺寸，并限制其在高温的长大过程，从而提高其塑性成形能力，铸态合金有可能省略开坯工序而直接轧制获得所需的板材，这对于降低生产成本、缩短工时和降低能耗无疑都是有益的。依据这一思路，本文研究了少量B/TiB2对+型（Ti-6Al-4V）和近型（Ti-B20）两类典型钛合金的晶粒细化作用、B/TiB2与Ti反应原位生成的TiB晶须对高温热暴露时晶粒长大的限制作用、含硼钛合金的直接轧制成形能力、直接轧制获得轧板的组织和性能以及常规锻造/热处理对含硼钛合金组织和性能的影响。研究中综合运用了XRD、SEM、TEM、EBSD及万能强度试验机等现代分析和测试手段，表征了铸态及轧态合金的显微组织形貌、相结构、织构及力学性能。对晶粒细化以及组织稳定性的研究结果表明，少量TiB2显著细化了Ti-6Al-4V合金和Ti-B20合金的铸态晶粒及板片，添加质量分数为0.32%的TiB2可以使晶粒尺寸减小约一个数量级，同时质量分数0.32%也是细化效果的拐点，过多的TiB2添加不会使晶粒尺寸进一步减小。TiB2对钛合金的晶粒细化归因于凝固过程中元素B在固-液界面前沿建立起的成分过冷，成分过冷导致固-液界面前沿熔体中形核质点的增加，从而促进了晶粒细化。添加TiB2较多时，富集在二次枝晶臂间的元素B与Ti反应生成的TiB晶须描绘出了室温组织中的树枝晶形态。处于晶界的TiB晶须能够有效的钉扎晶界，防止在高温保温时的晶粒长大，当TiB晶须的长轴平行于晶界排列时，对晶粒长大的钉扎效果最明显。晶粒增长动力学分析表明，相对于基体合金，含硼钛合金具有更高的晶粒长大指数和激活能。由于铸态含硼钛合金具有细小的晶粒尺寸，且在高温保温时晶粒尺寸没有发生明显的长大，这提高了其塑性变形时的成形能力，使得直接轧制具有可行性，铸态合金不经过开坯锻造过程进行直接轧制，就能够获得较薄厚度的且没有宏观裂纹缺陷的板材。对板材的组织和性能分析显示，直接轧制使TiB晶须和初生相都主要沿着轧制方向排列，随着压下率的增加，Ti-6Al-4V-0.1B合金和Ti-B20-0.1B合金中的初生相都发生了明显的再结晶过程。在真实应变达到1.81时，Ti-6Al-4V-0.1B合金中的位错密度明显降低，合金发生了完全的再结晶过程，从而获得了完全的等轴组织，晶粒主要分布在13μm范围内。由于基体组织的细化以及TiB晶须的承载作用，直接轧制过程显著提高了含硼钛合金的室温和高温力学性能。在两相区轧制且压下率为84%时，相比于铸态合金，Ti-6Al-4V-0.1B合金室温横向抗拉强度提高了193MPa，而高温屈服强度提高了182MPa。相比于直轧态的Ti-B20合金，直轧态Ti-B20-0.1B合金性能提高的预测值与实验值相符。极图分析显示，Ti-6Al-4V-0.1B合金性能的方向性差别不是由于织构造成的，而是归因于基体组织和TiB晶须的定向排列。锻造/热处理对Ti-B20-0.1B合金的组织和性能产生了明显的影响。低温固溶随后短时间时效，合金基体组织中出现了无析出区，无析出区的存在降低了合金的强度和塑性等级，随着固溶温度的提高或时效时间的延长，无析出区消失。固溶温度和时间参数（时效温度和时效时间）共同决定了合金的力学性能，研究表明，Ti-B20-0.1B合金在780°C固溶随后在550°C时效1-8h后，合金具有优异的强度与塑性结合。