为了满足快速发展的船舶制造业及大型石油钻探运输业的需求,作为船舶及钻探用管结构件关键材料的钛合金逐渐受到重视。基于冶金学原理,国内先后研制和发展了较多型号的新型钛合金,以满足使用构件对材料强度和韧性等机械性能的要求。Ti6Al3Nb2Zr Mo合金是一种新型钛合金,具有较高的比强度和优良的塑韧性,在石油钻探行业具有巨大应用前景。现阶段Ti6Al3Nb2Zr Mo合金微观组织与性能之间的关系研究不足,特别是强度与冲击性能的匹配问题,缺乏系统性研究。钛合金的微观组织显著影响其力学性能,而显微组织由热处理工艺决定。根据服役条件,优化合金微观组织,同时制定相应的制备工艺,建立合金工艺-组织-性能关系,对钛合金的应用具有重要意义。本文以双相Ti6Al3Nb2ZrMo近α相钛合金作为研究对象,采用热膨胀法研究了合金连续冷却过程的相变动力学,采用SEM和EBSD,研究了连续冷却过程中的组织演变。从单相区冷却过程冷速为100℃/s及20℃/s时,发生马氏体相变β→α′。马氏体开始转变点M_S为850℃,合金以冷速为10℃/s降温时,发生β→α+α′相变。此时在原始β晶界析出层状的界面α相(α_GB),同时晶内出现具有一定厚度的层状次生α相（α_s）,剩余部位为针状的α′相。当钛合金冷却速度下降到5℃/s及以下时,高温冷却过程中的相变仅为β→α+β,冷却组织主要由晶界分布的层状α_GB和晶内平行分布具有相同取向的α_s组成。相变过程如下:α_GB首先在原始β界面形核,随后α_s沿着α_GB向晶内生长,此时α_s与α_GB具有相同晶体学取向。研究两阶段固溶处理对锻态合金组织和性能的影响。两阶段处理后得到三态组织,合金一阶段固溶温度主要影响α_p体积分数,二阶段固溶温度主要影响层状α_Ⅰ/α_s（或α′）体积分数比值。层状α′或α_s增多合金晶界密度增加位错滑移阻力增大,强度提高。α_p可以减少位错滑移长度,降低应力集中,提高合金塑性。合金的冲击韧性与层片α体积分数及厚度相关,当一阶段固溶温度为980℃,二阶段固溶温度为935℃时,合金冲击功最高数值为83 J,远超过常规TC4合金及油井管服役要求。采用人工神经网络建模方法得到组织与拉伸性能定量关系。斜轧处理后合金组织为变形态魏氏组织,组织主要由晶界α_GB相及相同取向α_s组成的α_clony（α_c）组成。α_c尺寸分布在20-50μm之间,由于α_s的细晶强化及变形后产生的位错强化,斜轧合金具有比锻态合金更高的强度。同时裂纹会被原始β晶界和不同取向的α_c等界面阻碍而发生偏转和变形,使得斜轧态合金具有较高的冲击功。随着固溶温度的升高,层状α相发生扩散控制的粗化,合金内部位错密度降低,晶格畸变消失,合金强度下降。斜轧穿孔+连轧合金管组织为包含等轴α（1μm）和粗晶α_c的异质结构组织,合金表现出比锻态组织更好的强塑性,分析其加工硬化行为及不同应变条件下的EBSD组织特征,结果表明:合金良好的强塑性主要来源于晶界强化和异质结构背应力强化。研究固溶时效处理对合金组织和力学性能的影响,发现随着固溶温度升高,α_p发生扩散控制的晶粒粗化。合金较佳的热处理制度为965℃固溶1h空冷。合金以大于6°取向差角定义的有效晶粒尺寸与屈服强度较好的满足Hall-Petch关系。α_p晶粒粗化和层状α_s开动滑移,使得合金加工硬化能力提高。时效过程中马氏体以α′→α+β方式分解,采用HRTEM及EDS方法对β形核过程进行分析,β相在原始马氏体晶界形核,随着固溶时间的增加,β相沿界面生长,形核和长大过程受到Al、Mo等元素的扩散控制。当合金时效温度升高为600℃,由于针状马氏体的分解,合金强度下降。