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近年来,许多具有超高强度的新型钛合金被研发出来。与其他合金类似,钛合金在获得超高强度的同时往往会牺牲一部分塑性。因此,获得高强度和高塑性兼备的钛合金是本领域的热点问题。本文以Ti-Fe基合金为对象,以同时提升合金的强度与塑性为目标,通过加入Nb、C等合金元素,研究了合金在铸态、热轧态、热锻态等条件下的组织与力学性能。首先研究了C的加入对Ti95-xFexNb5(x=25,20,15,10)合金的组织和力学性能的影响。结果表明:亚共晶Ti70Fe25Nb5(T70)、Ti75Fe20Nb5(T75)合金加入微量C后可观察到TiC相的生成,初生β-Ti相择优取向发生改变,形成了均匀分布的、类似球状的枝晶β-Ti相组织;合金分别具有3050MPa、3268MPa的最大压缩强度和17.6%、27.3%的断裂应变,合金的力学性能显著提升。近共析Ti80Fe15Nb5(T80)、Ti85Fe10Nb5(T85)合金加入C后在β-Ti晶粒中观察到了均匀分布的、细小的条状TiFe析出相;合金分别具有3046MPa、3070MPa的极限压缩强度和30.7%、38.1%的断裂应变,合金的力学性能得到优化。其次,针对所优化出的铸态亚共晶Ti95-x(Fe97.45C2.55)xNb5(x=25,22,20,18)的组织和力学性能进行了研究。结果表明:铸态合金中(β-Ti+TiFe)共晶组织、初生β-Ti相和TiC相的含量以及各相的分布形态显著影响合金的压缩力学性能。其中,Ti75(Fe97.45C2.55)20Nb5(T75C)合金可观察到少量的TiC相及大量近球状形态的初生β-Ti相、在初生β-Ti相界面处分布的少量(β-Ti+TiFe)共晶组织。T75C合金显示出超高的强度(3268MPa)和良好的塑性(27%)。最后对优化出的铸态的近共析Ti95-x(Fe97.45C2.55)xNb5(x=15,13,10,8)合金,热轧态(水淬/空冷)的Ti85(Fe97.45C2.55)10Nb5(T85C)和Ti87(Fe97.45C2.55)8Nb5(T87C)合金和热锻态的T85C合金的组织和力学性能进行了研究。研究结果表明:几种合金的β-Ti相晶粒中均可观察到TiFe相的析出,其析出相的含量、形态和大小显著影响合金的力学性能。其中,在铸态T85C和T87C合金中可观察到固溶强化程度相对较低的β-Ti相和在β-Ti相基体上均匀分布的条状、尺寸大小分别约为0.5-9um和0.5-7um的TiFe相组织。铸态T85C、T87C合金均显示出高强度(3070MPa、3024MPa)和优异的塑性(38.3%、39.3%)。热轧态合金中的β-Ti相的晶粒尺寸和在β-Ti相中均匀分布的TiFe相的含量显著影响合金的力学性能。其中热轧水淬态T85C合金中可观察到相对粗大的β-Ti相晶粒和较多含量的TiFe相组织。其拉伸强度、延伸率分别为1063MPa、14.4%,表现出良好的拉伸综合力学性能。热锻态的T85C合金可观察到与热轧水淬态T85C合金相类似的组织。合金的最大压缩强度和压缩断裂应变分别为3192MPa和38.3%,极限拉伸强度和拉伸断裂延伸率分比为1074MPa和14.4%,表现出良好的综合力学性能。