钛基复合材料同时具备良好的力学性能和优异的高温耐久性能,在航空航天、先进军事等高技术领域具有广阔的应用前景。原位自生的非连续增强钛基复合材料由于与传统钛合金制备技术的相容性,成为近年来钛基复合材料的重要研究热点。然而,增强体的加入在提高诸多性能的同时降低了钛基复合材料的塑性,虽然塑性变形能够在提高其强度的同时改善塑性,但高的屈强比使变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大变形加工的难度。现有普通热锻、热轧、热挤压等方法对其在较高温度变形加工时,与模具的较大温差损失了材料的热量,使得变形加工只能采用小变形量的多道次和高应变速率进行,加剧了变形组织的不均匀性和增强体断裂程度,对塑性改善较为有限。针对当前钛基复合材料热加工方法的不足,本文提出了能够消除材料和模具的温差,并提供强烈的三向压应力的等温挤压技术。系统研究了挤压模角、挤压温度、挤压变形量等主要挤压参数对TC4基复合材料的基体组织形貌和晶粒取向,增强体的形貌和分布以及力学性能的影响规律,通过对基体TC4合金和不同增强体类型及含量的复合材料等温变形组织特征的研究揭示了增强体对复合材料变形组织和性能的作用机制。主要研究内容和结论如下:1)利用原位自生方法制备出了多种具有不同增强体类型及含量的复合材料,研究了增强体类型及含量对复合材料组织的影响规律。在铸态组织中,各复合材料增强体总体分布均匀,增强体的加入显著细化了基体TC4合金的初始β晶粒和β转变组织,阻碍了粗大连续晶界α相的生成。随着增强体含量的增加,局部出现了团簇现象,在体积含量10vol.%的复合材料中生成了粗大TiC初晶和片状TiB初晶,急剧降低了复合材料的塑性。增强体的加入促进了变形中基体组织的动态再结晶,协调了基体组织的变形,获得了比基体合金更为均匀的变形组织。2)利用透射和扫描电镜研究了变形工艺参数对基体组织形貌的影响规律,揭示了变形中基体组织细化机制。增强体和α/β相界阻碍α相内位错运动,促进了α相内亚晶界的形成和倾转,在α相内发生连续动态再结晶,形成了与片层厚度相当的沿着原始片层呈竹节排布的细小等轴晶粒;增强体和α/β相界阻碍β相内位错运动,在β相内塞积了高密度位错环或网,具有较高的α相析出的驱动力,在较低温度变形中或变形结束冷却过程中析出了纳米级的针状α相。3)利用背散射电子衍射成像技术研究了等温挤压变形中基体α相的晶体取向演化规律,阐明了α相织构的形成机制。在等温挤压变形中以基面和柱面的(?)滑移为主,形成了较强的<10(?)0>‖RD丝织构,以锥面{11(?)3}的a+c滑移与基面{0002}的(?)滑移交叉开动为辅,在径向或周向形成了较弱的基面织构。增强体的加入弱化了基体α相的<10(?)0>‖RD丝织构,促进了基体α相织构向<11(?)0>‖RD丝织构偏转,提高了材料的塑性。4)研究了等温挤压变形对增强体的形貌和分布的影响规律,揭示了变形中TiB增强体断裂机制主要有旋转断裂、受压开裂以及速度失配拉裂三种。旋转断裂和受压开裂一般发生在挤压变形早期的缩径阶段,断裂面较易在后续变形中与基体结合较好,对复合材料力学性能影响小。速度失配拉裂一般发生在挤压变形接近出口阶段,变形后断裂面与基体结合较差,对复合材料力学性能损害大。应采用较低应变速率进行变形加工,减小增强体前后端的速度差,降低增强体断裂程度。5)研究了等温挤压变形参数对复合材料力学性能的影响规律,阐明了复合材料强韧化的机理。等温挤压变形在提高了复合材料室温屈服强度和抗拉强度的同时,延伸率也得到了显著提高。复合材料强化主要来自增强体TiB的承载强化、塑性变形的位错强化和连续动态再结晶的细晶强化。此外,织构对复合材料强度提高也起到了一定的强化作用。本文提出和开发的钛基复合材料等温挤压技术,实现了钛基复合材料强塑性有机匹配,突破了金属基复合材料强度的提升必然导致塑性下降的瓶颈,为高强、高韧复合材料制备提供了新思路。制备的TC4基复合材料强度超过1100MPa,延伸率超过15%,强度和塑性都显著超过基体TC4钛合金的国家标准,为该材料在航天领域的应用提供强有力的技术支撑。在2016年10月通过航天部门组织的新材料鉴定和技术标准制定,有望在国家关键领域获得规模化应用。