本论文根据烧结钛合金与原料TiH₂粉末存在组织遗传性这一基本原理，重点研究TiH₂粉末在行星高能球磨中的行为与特性，以及球磨工艺及石墨添加量对烧结后显微组织的演变规律，为后续超细晶钛合金的研制奠定基础。固定行星球磨转速为200r/min，以聚乙二醇（PEG）4000作为过程控制剂，装样后对球罐抽真空并充高纯Ar（99.99%）气，研究球磨工艺对TiH₂粉粒度形貌及脱氢规律等的影响。结果表明，球磨后粉末活性很强，空气中取料易燃烧爆炸生成TiO₂，在充高纯Ar气手套箱中取料能很好的保护TiH₂不被污染。不同球磨工艺下，TiH₂均无分解现象。TiH₂粉球磨破碎过程主要分为三个阶段：球磨前期主要是粉末粒度的急剧下降；球磨中期粉末粒径变化不大，主要是粉末的均匀化；球磨后期冷焊作用强于破碎效果，颗粒尺寸不降反增。TiH₂粉球磨30min，便出现亚微米粉末，d50由球磨前的17.5μm急剧下降至6.5μm；球磨10h，粉体全部达到亚微米级（500nm左右）。最佳球磨时间为10h，最佳球料比为20:1，其中，球料比对粉末性能的影响较为显著。通过DSC分析可知，TiH₂粉末的脱氢温度随着球磨时间增加而降低。球磨15h后，TiH₂→TiH1.5结束温度由480°C降至435°C；球磨10h后TiH1.5→α-Ti温度由550°C降低至535°C。球磨工艺对压制坯密度影响的研究表明，球磨前10h，压坯密度随着球磨时间及球料比的增加而升高，球磨15h呈现球料比越大，压坯密度越小的趋势。球磨粉末压坯的整体密度偏小，球磨10h，球料比20:1时密度最大，仅为2.42g/cm³。根据PEG差热分析和脱脂后样品表面颜色变化分析，得出最佳脱脂工艺为：烧结工艺对烧结钛合金性能影响表明，当烧结温度为1050°C时，烧结坯密度为4.5g/cm³，体收缩率为46.8%，显微组织均匀，晶粒尺寸在5μm以下；当烧结温度高于1050°C时，会发生液相烧结，致使部分晶粒异常长大，部分晶粒尺寸达到20μm；最佳烧结工艺为：按照最佳烧结工艺制备钛合金，并研究球磨工艺和石墨等因素对其烧结行为及性能的影响，结果表明：球磨5h后等轴晶晶粒大小从40μm骤降至10μm；球磨10h后晶粒大小保持在5μm以下，此时，烧结密度最高，达4.62g/cm³；球磨15h后样品晶粒异常长大为粗晶。添加石墨后，在α-Ti晶界处，C原子通过扩散机制与Ti反应生成颗粒状TiC（晶粒尺寸为500nm），能够有效抑制Ti晶粒生长，使其晶粒尺寸约为3μm；随着石墨含量的增加，TiC体积分数和晶粒尺寸均增加。当石墨含量为1%时，球料比从10:1-20:1变化，显微组织中α-Ti晶粒尺寸变化不明显，TiC颗粒尺寸随着球料比增加略有增加；TiC颗粒含量随着球磨时间的增加显著提高，α-Ti晶粒形貌逐渐规则且呈颗粒状但尺寸逐渐减小。