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钛合金被称为“全能金属”，是现代工业部门和技术领域不可或缺的结构材料。同时钛合金因具有比强度高、弹性模量低、耐蚀性好以及耐热性高等优点，使其应用前景非常广阔。但钛合金材质的航天装备在空间特殊环境下使用时材料一直处于冷热循环的状态中，这种环境对钛合金的尺寸稳定性有着严格的要求。因此，研究深冷处理和冷热循环处理对在空间特殊环境下使用的钛及钛合金材料的尺寸变化及组织性能的影响具有较为积极的指导意义和参考价值。本文以TA2、TA7、TC10和TB2钛合金为实验对象，研究深冷处理及冷热循环处理方法对材料的组织性能及尺寸稳定的影响，并利用螺旋测微器、维氏硬度计、金相仪、扫描电镜和X射线衍射仪等仪器对处理前后的材料进行了性能和组织的表征和分析。本文研究结果如下：利用螺旋测微器研究了深冷及冷热循环环境下TA2、TA7和TC10钛合金试样的尺寸变化。结果表明，试样经不同周期的深冷及冷热循环处理后的尺寸基本上没有变化，即TA2、TA7、TC10材质的构件在深冷和冷热循环环境下的尺寸也较稳定。深冷处理可以促使晶粒产生转动效应，从而影响钛合金试样的尺寸稳定性；冷热循环处理可以降低其残余应力及细小弥散相的析出，从而提高其尺寸稳定性。利用维氏硬度仪、金相仪、常温拉伸实验仪、扫描电镜和X射线仪研究了深冷处理对TA7、TC10和TB2钛合金微观组织的影响。发现深冷处理11天可以提高TA7试样的显微硬度值，显微硬度值增加8.45%，其显微硬度提高的机理主要表现在深冷处理后晶粒的长大、残余应力的消除及晶粒转向的偏转；同样，深冷处理11天可以提高TC10钛合金的显微硬度，其显微硬度提高是相转变及晶粒偏转等因素综合作用的结果。利用维氏硬度仪、金相仪和X射线仪研究了冷热循环处理对TA2和TB2钛合金组织性能的影响。发现冷热循环处理3个周期可以提高TA2试样的显微硬度，提高11.7%，其显微硬度的升高是孪晶数量的增多、晶界及孪晶位置氮化物形貌及N含量增多等综合作用的结果；冷热循环处理40个周期可以提高TB2试样的显微硬度，经金相组织分析，冷热循环处理可以促使试样的显微组织变成典型的魏氏组织，同时还会使片长度和宽度发生了明显的变化，从而提高其显微硬度。