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高压扭转法(High Pressure Torsion,HPT)是一种制备块体超细晶材料的新型塑性加工方法,它能显著细化晶粒,提高材料的力学性能,已成为材料科学与工程领域内的研究热点。本文采用高压扭转法对初始相比例不同的TC4钛合金在室温下进行了不同扭转圈数的剧烈塑性变形。采用光学显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计观察和分析了HPT变形试样的显微组织特征和性能,研究了不同扭转圈数和初始相比例对HPT后合金的组织和显微硬度的影响,探讨了HPT过程中的组织细化机理。此外,在低温条件(500～600℃)下对高压扭转变形获得的超细晶TC4钛合金进行超塑性拉伸试验,分析其超塑性变形能力和变形力学行为,并对其变形机理进行了讨论。主要结论如下：(1)冷轧态TC4钛合金经两相区热处理(910℃/45min+550℃/3h.950℃/45min+550℃C/3h和970℃/45min+550℃/3h,冷却方式为空冷)后获得了三种不同相体积分数的等轴α+γ转变组织。随着温度升高,p转变组织含量增多,分别为30%(TC4-1).53%(TC4-2)、75%(TC4-3),最终得到的等轴α相晶粒尺寸分别为～7.0μm,-9.0μm和～9.5μm。(2)高压扭转试验表明：高压扭转后,试样的硬度随着扭转圈数增多而升高,且沿着直径方向上的硬度值分布不均匀,中心硬度低,边缘硬度高。当圈数大于5圈时,硬度值逐渐达到饱和状态,当圈数达到20圈时,显微硬度达到最大值,且沿直径方向上的分布趋于均匀。高压扭转变形时,晶粒尺寸随扭转圈数的增加而减小。在20圈扭转变形后,三种不同初始相比例的TC4钛合金的晶粒尺寸分别达到了117+30nm(TC4-1)、83±25nm(TC4-2)和77±15nm(TC4-3),说明片层组织更有利于高压扭转过程中的晶粒细化。此外,经20圈扭转变形后,随着组织中片层组织含量的增多,试样中心处低硬度值区域的直径逐渐减小,分别为3.0mm、2.0mm和1.0mm,与观察到的显微组织中心处变形不均匀区域直径大致相符。(3)高压扭转过程中的显微组织观察表明：经1圈扭转变形后,晶粒内部出现了取向差较小的板条状组织；经5圈扭转后,板条间的取向差增大,逐渐发展为亚晶界,同时板条内的胞状组织增多,使板条沿长轴方向开始细化；随着扭转圈数的继续增大,胞状组织演变成亚晶,进而发生动态回复形成具有大角度晶界的等轴状超细晶组织。(4)对HPT超细晶TC4钛合金的超塑拉伸试验表明：在实验条件下,TC4合金表现出了很好的低温高应变速率超塑性。在ε=10-2s-1,温度为600℃时延伸率高达419%；当变形在较低的温度T=500℃(ε≤5×10-3s-1)下进行时,延伸率仍然超过了300%；合金在600℃应变速率为5x10-3s-1时,得到最大延伸率736%。此外,超细晶TC4钛合金是一种对变形温度和应变速率敏感的材料,流动应力和延伸率均随着变形温度的升高而升高,随着应变速率的增加而下降。(5)在试验温度范围内,TC4钛合金的变形激活能在162-180kJ/mol之间,与钛合金的晶界自扩散激活能(130-169kJ/mol)十分相近,说明HPT超细晶TC4钛合金在500～500℃温度范围内进行超塑拉伸变形时,晶界扩散控制的晶界滑动是超塑变形的主要机制。